[發(fā)明專利]利用熔鹽法制備氟化鑭單晶及稀土離子摻雜氟化鑭單晶的方法

在審

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• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111020688A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂朝陽(yáng);胡明遠(yuǎn);王燕;朱昭捷;游振雨;李堅(jiān)富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): C30B9/12
• 分類號(hào): C30B9/12;C30B29/12;H01S3/16
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩;戴嵩瑋

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種利用熔鹽法制備氟化鑭單晶、稀土摻雜氟化鑭單晶的方法。制備氟化鑭單晶或稀土摻雜氟化鑭單晶的方法，均采用氟化鋰為助熔劑；將含有氟化鑭和助熔劑氟化鋰的物料或含有氟化鑭、助熔劑氟化鋰和稀土源的物料置于熔鹽提拉爐中，在含有四氟化碳和惰性氣體的保護(hù)氣氛中生長(zhǎng)得到所述氟化鑭單晶或稀土摻雜氟化鑭單晶。采用熔鹽法生長(zhǎng)晶體，能夠降低單晶的生長(zhǎng)溫度，可以降到1100℃以下，極大的減少生長(zhǎng)過(guò)程中熔體的揮發(fā)；熔鹽爐設(shè)備簡(jiǎn)單，也比較便宜，可以生長(zhǎng)出大尺寸的晶體，從而可以大大降低單晶的成本。單晶具有廣泛的應(yīng)用，采用熔鹽法有利于實(shí)現(xiàn)其廣泛應(yīng)用的價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種利用熔鹽法制備氟化鑭單晶及稀土離子摻雜氟化鑭單晶的方法，屬于晶體制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

LaF₃晶體是一種多功能晶體。它是中心對(duì)稱各向異性晶體，屬于三方晶系，空間群是它是單軸晶，一個(gè)晶胞里面包含6個(gè)La³⁺和18個(gè)F^-，La³⁺占據(jù)從C₂格位，La³⁺周圍有11個(gè)F^-。LaF₃具有優(yōu)異的物化性能，熔點(diǎn)在1493℃左右，莫氏硬度4.5，熱導(dǎo)率5.1W·m^-1·K^-1，熱膨脹系數(shù)(α_∥c＝10.7×10^-6·K^-1；α_⊥c＝17×10^-6·K^-1)；它是寬禁帶絕緣體，在0.13-11μm有很好的光學(xué)透過(guò)率；聲子能量353cm^-1，在1.1μm的穩(wěn)態(tài)拉曼增益系數(shù)是0.05cm·GW^-1。LaF₃可用作稀土離子摻雜的激光晶體，由于其低聲子能量，非常適合做3-5μm的中紅外激光晶體基質(zhì)材料；還可用于制備現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像顯示技術(shù)和核子科學(xué)要求的閃爍晶體；LaF₃及LaF₃-MF₂(Ca，Sr，Ba，Eu)混晶可以用作氟離子導(dǎo)體，由于其具有良好的室溫電導(dǎo)率，可以用作氟離子電池和蓄電池、氟選擇電極和氟氣體傳感器中的固體電解質(zhì)，Eu²⁺/Ca²⁺:LaF₃晶體是電化學(xué)傳感器中優(yōu)良的傳感膜材料。

2016年，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的杭寅課題組實(shí)現(xiàn)了Nd³⁺:LaF₃晶體的雙波長(zhǎng)激光輸出。杭寅課題組使用提拉法生長(zhǎng)了1.07at.％Nd³⁺:LaF₃晶體，(002)和(110)面的搖擺曲線顯示生長(zhǎng)的晶體具有優(yōu)質(zhì)的光學(xué)質(zhì)量。用光纖耦合的792nm的激光二極管做泵浦源，實(shí)現(xiàn)了1040nm和1065nm的雙波長(zhǎng)激光輸出，最大輸出功率302mW，斜率效率16.8％。同年，廈門大學(xué)的徐斌也實(shí)現(xiàn)了Nd³⁺:LaF₃晶體的單波長(zhǎng)和雙波長(zhǎng)激光輸出。在自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，采用平凹線性激光腔，激光工作在1063.45nm，最大輸出功率為2.35W，激光斜率效率約為55.8％。引入一種BK7玻璃標(biāo)準(zhǔn)具來(lái)調(diào)節(jié)腔內(nèi)損耗，可以實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的雙波長(zhǎng)激光輸出。其中，他們實(shí)現(xiàn)了1040.43和1064.96nm雙波長(zhǎng)激光輸出，最大輸出功率0.38W，激光斜率效率約為11.4％。LaF₃晶體由于其具有低的聲子能量(353cm^-1)，具有較高的量子效率，適合做3-5μm激光的基質(zhì)材料。目前已有關(guān)于Ho³⁺、Dy³⁺、Dy³⁺/Nd³⁺和Dy³⁺/Tm³⁺摻雜的LaF₃晶體發(fā)出～3μm熒光發(fā)射報(bào)道。總而言之，LaF₃晶體是一種非常有前途的激光晶體基質(zhì)材料。