低温固相合成YAG材料.ppt
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• 低温固相合成法的操作容易设备简单,通常只需要 通过混合、研磨和超声洗涤、离心分离等几个简 单的步骤就可以一步获得纳米材料或纳米材料前 驱体。
2.YAG的组成、结构、性能
• YAG(yttrium aluminum gamet)是钇铝石榴 石的简称，化学式为Y3Al5O12，是Y2O3一 Al203二元体系中Y2O3与Al203的摩尔比为 3:5的一致熔融的化合物，属立方晶系。
4.YAG的制备方法
1、低温固相合成分类
（1）直接反应法：将两种或两种以上的反应 物直接混合，即可发生反应。 （2）氧化法：通过低热固相反应先得到还原 性产物 ，再通过煅烧等手段氧化得到目标产 物的方法。 （3）前驱体法：首先通过低热固相反应法制 备出不同于目标产物的前驱体，然后再通过 煅烧等手段使前驱体分解，从而得到目标产 物。前驱体法是适用范围特别广泛的方法。
• 钻铝石榴石,化学式为Y3Al5O12，简称YAG，属立方晶 系。
其晶格常数为12.2002nm，它的分子式又可以写成 L3B2(AO4)3形式；
• 其中L,A,B分别代表了三种格位,在单位晶胞中有8个 Y3Al5O12分子；
• 一共有24个Y3+,40个Al3+和96个02-离子；
• 其中每个Y3+各处于由8个氧离子配位的十二面体L格 位，在40个Al3+中，16个Al3+处于由6个氧离子配位 的八面体B格位,另外24个Al3+处于由4个02-离子配位 的四面体A格位，八面体的Al3+形成体心立方结构， 四面体的Al3+和十二面体的Y3+处于立方体的面等分 线上[4]，其中，八面体和四面体都是畸变的。
2、低温固相合成方法优点
• 固相反应不使用溶剂； • 高选择性； • 高产率； • 工艺过程简单； • 反应温度低，耗能少； • 污染低； • 已成为人们制备新型固体材料的主要手段之一。
• 20世纪80年代末开始发展低温固态化学反应。将 固相反应温度降低到室温或近室温的低温，使得 反应易于控制，此外还有操作方便，合成工艺简 单，转化率高，粒径均匀，粒度可控，污染少， 同时又可以避免或减少液相中易出现的硬团聚现 象，以及由中间步骤和高温反应引起的粒子团聚 现象等优点[3]
• Nd:YAG陶瓷是重要的结构功能一体化的高性能陶瓷材料， Nd:YAG(部分Y3+由激活离子Nd3+取代)激光器是目前最好 最实用的一类四能级固体激光器，占使用器件的90%。国 内外将其广泛用于激光制导、目标指示、激光测距、激光 打孔与焊接、激光医疗机、激光光谱仪和激光微区分析仪 等方面[6]。
3、高温结构材料
YAG优异的高温抗蠕变性能,有研究工作表明： ➢ 在1400℃时，多晶YAG(晶粒尺寸约为3µm)，在75MPa压
力作用下的蠕变速率为2.5X10-6/s，仅为相同条件下的 Al2O3多晶陶瓷(晶粒尺寸为3µm)蠕变速率(7.5x10-6/s)的 1/3； ➢ 在1700℃和100MPa的应力下，YAG的蠕变速率2.5x109/s，是类似的条件下单晶Al2O3的蠕变速率的1/10； ➢ 此外，YAG的断裂强度在25-1400 ℃范围内几乎不变。[8] ➢ 由于YAG具有这些性能，所以它被用于制成高温复合材料 的增强晶须或被用作陶瓷基复合材料[9]或金属材料的第二 相补强颗粒。
低温固相合成钇铝石榴石 YAG粉体材料
课程报告成员
韩维杰 1001130408 胡明超 1001130409 王立洋 0901130620
目录
1、低温固相合成方法简介 2、YAG的组成、结构、性能 3、YAG材料的应用 4、YAG的制备方法 5、参考文献
百度文库
1.低温固相合成方法简介
• 1、低温固相合成定义
➢ 稀土掺杂YAG荧光粉是荧光粉中重要的一种，作为荧光粉 的基质材料，YAG具有透明度高、化学稳定性好、导热性 好、耐高强度辐照和电子轰击等优点。随着稀土掺杂YAG 荧光粉性能的不断提高,其应用范围也在不断扩大和普及, 已在照明、阴离子射线显示、白光LED等方面得到了广泛 的应用,在等离子平面显示、真空荧光显示、场发射显示 等方面也在进行相关的研究[7]
3.主要应用
• YAG成为目前用量最多、最成熟的激光基 质材料，这是因为YAG硬度高、光学质量 好、热导率高，抗蠕变性能好，是刚玉单 晶的10倍；
• YAG的立方结构也有利于产生窄的荧光谱 线,从而产生高增益、低阈值的激光作用。
• 以Nd:YAG 粉体为原料，制备出高质量透 明陶瓷，激光输出功率快速突破 KW 水平， 作为激光武器材料用于军事。
2、荧光材料
➢ 近些年,随着CRT（一种使用阴极射线管的显示器）和LED 的广泛应用,荧光物质的用量也随之增加，而且荧光屏朝 大面积及高解析度发展,为了提高荧屏的寿命及承受较高 电子能量的冲击,对材料的荧光效率(Luminescence Efficieney)、亮度(Brightness)以及耐腐蚀能力 (Resistance to Degradation)也提出了更高的要求
1、激光基质材料
➢Nd:YAG简称掺钕钇铝石榴石，具有较高的 热导率和抗光伤阈值，同时小部分三价钕 替换三价钇,不需要补偿电荷而提高激光输 出效率,使其成为目前最常用的一类固体激 光器；
➢Nd:YAG激光的波长为1064 nm ,不在氧合 血红蛋白的吸收峰附近，氧合血红蛋白对 Nd:YAG激光的吸收较差，但其穿透深度可 达8 mm左右，因而能对较深部位的血管瘤 发挥治疗作用。
钇铝石榴石YAG的性能
• YAG熔点为1950℃，莫氏硬度达8.5，导热率(室温)高达 l40mW·cm-1，还具有优良的光学性能，纯YAG在可见和 近红外光区是透明的，因而成为许多光学器件基质材料的 首选。由于其十二面体间隙位置可以部分被掺杂或全部被 稀土元素阳离子取代，因此，可用于固体激光器的制作[5]。
根据固相化学反应发生的温度将固相化学反应分 为三类：即反应温度低于100℃的低热固相反应、反 应温度介于100-600℃之间的中热固相反应以及反应 温度高于600℃的高热固相反应。[1~2]
低温固相反应：反应温度降至室温或接近室温， 因而低热固相反应又叫室温固相反应，指的是在室温 或近室温（≤100℃）的条件下，固相化合物之间所 进行的化学反应。
2.YAG的组成、结构、性能
• YAG(yttrium aluminum gamet)是钇铝石榴 石的简称，化学式为Y3Al5O12，是Y2O3一 Al203二元体系中Y2O3与Al203的摩尔比为 3:5的一致熔融的化合物，属立方晶系。
4.YAG的制备方法
1、低温固相合成分类
（1）直接反应法：将两种或两种以上的反应 物直接混合，即可发生反应。 （2）氧化法：通过低热固相反应先得到还原 性产物 ，再通过煅烧等手段氧化得到目标产 物的方法。 （3）前驱体法：首先通过低热固相反应法制 备出不同于目标产物的前驱体，然后再通过 煅烧等手段使前驱体分解，从而得到目标产 物。前驱体法是适用范围特别广泛的方法。
• 钻铝石榴石,化学式为Y3Al5O12，简称YAG，属立方晶 系。
其晶格常数为12.2002nm，它的分子式又可以写成 L3B2(AO4)3形式；
• 其中L,A,B分别代表了三种格位,在单位晶胞中有8个 Y3Al5O12分子；
• 一共有24个Y3+,40个Al3+和96个02-离子；
• 其中每个Y3+各处于由8个氧离子配位的十二面体L格 位，在40个Al3+中，16个Al3+处于由6个氧离子配位 的八面体B格位,另外24个Al3+处于由4个02-离子配位 的四面体A格位，八面体的Al3+形成体心立方结构， 四面体的Al3+和十二面体的Y3+处于立方体的面等分 线上[4]，其中，八面体和四面体都是畸变的。
2、低温固相合成方法优点
• 固相反应不使用溶剂； • 高选择性； • 高产率； • 工艺过程简单； • 反应温度低，耗能少； • 污染低； • 已成为人们制备新型固体材料的主要手段之一。
• 20世纪80年代末开始发展低温固态化学反应。将 固相反应温度降低到室温或近室温的低温，使得 反应易于控制，此外还有操作方便，合成工艺简 单，转化率高，粒径均匀，粒度可控，污染少， 同时又可以避免或减少液相中易出现的硬团聚现 象，以及由中间步骤和高温反应引起的粒子团聚 现象等优点[3]
• Nd:YAG陶瓷是重要的结构功能一体化的高性能陶瓷材料， Nd:YAG(部分Y3+由激活离子Nd3+取代)激光器是目前最好 最实用的一类四能级固体激光器，占使用器件的90%。国 内外将其广泛用于激光制导、目标指示、激光测距、激光 打孔与焊接、激光医疗机、激光光谱仪和激光微区分析仪 等方面[6]。
3、高温结构材料
YAG优异的高温抗蠕变性能,有研究工作表明： ➢ 在1400℃时，多晶YAG(晶粒尺寸约为3µm)，在75MPa压
力作用下的蠕变速率为2.5X10-6/s，仅为相同条件下的 Al2O3多晶陶瓷(晶粒尺寸为3µm)蠕变速率(7.5x10-6/s)的 1/3； ➢ 在1700℃和100MPa的应力下，YAG的蠕变速率2.5x109/s，是类似的条件下单晶Al2O3的蠕变速率的1/10； ➢ 此外，YAG的断裂强度在25-1400 ℃范围内几乎不变。[8] ➢ 由于YAG具有这些性能，所以它被用于制成高温复合材料 的增强晶须或被用作陶瓷基复合材料[9]或金属材料的第二 相补强颗粒。
低温固相合成钇铝石榴石 YAG粉体材料
课程报告成员
韩维杰 1001130408 胡明超 1001130409 王立洋 0901130620
目录
1、低温固相合成方法简介 2、YAG的组成、结构、性能 3、YAG材料的应用 4、YAG的制备方法 5、参考文献
百度文库
1.低温固相合成方法简介
• 1、低温固相合成定义
➢ 稀土掺杂YAG荧光粉是荧光粉中重要的一种，作为荧光粉 的基质材料，YAG具有透明度高、化学稳定性好、导热性 好、耐高强度辐照和电子轰击等优点。随着稀土掺杂YAG 荧光粉性能的不断提高,其应用范围也在不断扩大和普及, 已在照明、阴离子射线显示、白光LED等方面得到了广泛 的应用,在等离子平面显示、真空荧光显示、场发射显示 等方面也在进行相关的研究[7]
3.主要应用
• YAG成为目前用量最多、最成熟的激光基 质材料，这是因为YAG硬度高、光学质量 好、热导率高，抗蠕变性能好，是刚玉单 晶的10倍；
• YAG的立方结构也有利于产生窄的荧光谱 线,从而产生高增益、低阈值的激光作用。
• 以Nd:YAG 粉体为原料，制备出高质量透 明陶瓷，激光输出功率快速突破 KW 水平， 作为激光武器材料用于军事。
2、荧光材料
➢ 近些年,随着CRT（一种使用阴极射线管的显示器）和LED 的广泛应用,荧光物质的用量也随之增加，而且荧光屏朝 大面积及高解析度发展,为了提高荧屏的寿命及承受较高 电子能量的冲击,对材料的荧光效率(Luminescence Efficieney)、亮度(Brightness)以及耐腐蚀能力 (Resistance to Degradation)也提出了更高的要求
1、激光基质材料
➢Nd:YAG简称掺钕钇铝石榴石，具有较高的 热导率和抗光伤阈值，同时小部分三价钕 替换三价钇,不需要补偿电荷而提高激光输 出效率,使其成为目前最常用的一类固体激 光器；
➢Nd:YAG激光的波长为1064 nm ,不在氧合 血红蛋白的吸收峰附近，氧合血红蛋白对 Nd:YAG激光的吸收较差，但其穿透深度可 达8 mm左右，因而能对较深部位的血管瘤 发挥治疗作用。
钇铝石榴石YAG的性能
• YAG熔点为1950℃，莫氏硬度达8.5，导热率(室温)高达 l40mW·cm-1，还具有优良的光学性能，纯YAG在可见和 近红外光区是透明的，因而成为许多光学器件基质材料的 首选。由于其十二面体间隙位置可以部分被掺杂或全部被 稀土元素阳离子取代，因此，可用于固体激光器的制作[5]。
根据固相化学反应发生的温度将固相化学反应分 为三类：即反应温度低于100℃的低热固相反应、反 应温度介于100-600℃之间的中热固相反应以及反应 温度高于600℃的高热固相反应。[1~2]
低温固相反应：反应温度降至室温或接近室温， 因而低热固相反应又叫室温固相反应，指的是在室温 或近室温（≤100℃）的条件下，固相化合物之间所 进行的化学反应。