Сложный гафнат лития-лантана в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера и способ его получения



Сложный гафнат лития-лантана в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера и способ его получения
Сложный гафнат лития-лантана в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера и способ его получения
Сложный гафнат лития-лантана в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера и способ его получения

 


Владельцы патента RU 2606229:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к новым соединениям класса сенсибилизированных люминофоров на основе неорганических кристаллических соединений, а именно к сложному гафнату лития-лантана состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6. Также предложен его способ получения. Полученный состав используется в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к новым соединениям класса сенсибилизированных люминофоров на основе неорганических кристаллических соединений, конкретно - к сложным активированным РЗЭ гафнатам лития-гафния, и может быть использовано для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона.

Известны в качестве люминесцентного материала с излучением в ближнем и среднем ИК диапазоне теллуритные стекла, допированные ионами эрбия, гольмия и неодима, состава 70ТеО2-20ZnO-9.0СаО-0.6Er2O3-0.1Ho2O3-0.3Nb2O3 (Y. Zhang, L. Sun, Y. Chang, W. Li, C. Jiang. «Multiband infrared luminescence of Er3+-Ho3+-Nd3+/Tm3+ - codoped telluride glasses», Front. Optoelectron. 2014, 7(1):74-76). Материал интенсивно возбуждается в области ИК с длиной волны 808 нм и генерирует одновременное излучение с длинами волн 1.53, 1.80, 2.10, 2.70 и 3.00 мкм. Известный люминесцентный материал может быть получен путем расплава исходных компонентов в алундовом тигле при 800-900°С в электрической печи сопротивления с нагревателями из карбида кремния, выдержкой расплавленного материала в течение 3 ч при 100°С и охлаждением.

Недостатком известного материала является использование при синтезе в качестве основного компонента оксида теллура, являющегося токсичным соединением (ПДК в воздухе ~0.0070.01 мг/м3).

Известен люминесцентный материал на основе кристалла со структурой граната, состав которого выражается формулой (A,Но)3B2C3O12, где A - по крайней мере один из элементов группы Y, La, Ce, Gb, Lu, Sc, Tb, Eu; В - один из элементов группы Sc, Ga, In, Lu, Al, Gb, Yb, Y, Cr, Tb, Eu; C - Ga или смесь Ga и Al, причем количество Al не более половины смеси, при этом содержание Ho составляет от 0.025 ф.ед. до 2.95 ф.ед., и дополнительно материал содержит по крайней мере один из элементов группы Li, Be, В, Na, Са, Mg, Si, K, Ti, V, Μn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Bi (патент RU 2095900, МПК H01S 3/16, 1996). Лазер генерирует на нескольких штарковских подуровнях перехода 5I65I7 (переходы иона Ho3+). Длины волн генерации составляют: 2.842; 2.888; 2.926; 2.973; 2.973; 3.057 мкм.

Материал может быть получен путем отжига смеси компонентов в платиновом тигле в течение 10 ч при 1200°С расплава таблеток в иридиевом тигле в герметичной камере в атмосфере 98 об. N2 + 2 об. О2 с последующим вытягиванием кристалла из расплава объемом 300 см3 со скоростью 4 мм/ч. и частотой вращения кристалла 40 об/мин и после отрыва выращенного кристалла от расплава кристалл постепенным охлаждением до комнатной температуры в течение 40 ч.

Недостатком известного люминесцентного материала является то, что стимулированное излучение было получено только в диапазоне 2.80-3.1 мкм. Синтез известного материала трудоемок и основан на методе вытягивания из расплава, что требует длительного высокотемпературного отжига и длительного охлаждения.

Известен в качестве лазерного материала с излучением в среднем ИК-диапазоне материал на основе смеси различных компонентов с мольными процентами: (55-x)%GeO2-20%Al2O3-20%BaF2-4%Na2O-1%ErF3-x%NdF3 при x=0.5% (G. Bai, L. Tao, K. Li, L. Hu, Y. Hong Tsang. «Enhanced light emission near 2.7 um from Er-Nd co-doped germanate glass», Optical Materials 35 (2013) 1247-1250). Материал имеет диапазон свечения в интервале длин волн 2.5-2.9 мкм с пиком при 2.7 мкм (переход 4I11/24I13/2 иона Er3+) при возбуждении 808 нм диодным лазером. Известный материал может быть получен путем расплава смеси исходных компонентов в тигле из сплава Pt-Au при 1300°С в течение 30 мин с последующей выдержкой расплавленного материала при 500°С в течение 2 ч.

Недостатком известного лазерного материала является получение стимулированного излучения только при одной длине волны 2.7 мкм. Также недостатком является высокотемпературный синтез материала.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав люминесцентного материала, позволяющий расширить диапазон преобразования монохроматического излучения лазера ближнего ИК-диапазона в излучение коротковолнового ИК-диапазона.

Поставленная задача решена путем использования нового химического соединения сложного гафната лития-лантана со структурой граната тетрагональной модификации состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6 в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм.

Поставленная задача также решена в способе получения люминесцентного материала состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, включающем получение исходной смеси стехиометрических количеств оксидов соответствующих металлов, предварительно прокаленных при температуре 900-910°С, и карбоната лития, взятого с избытком 7-10%, ее интенсивное перемешивание и истирание с добавлением этилового спирта, прессование, нагревание до температуры 900-910°С со скоростью нагрева 30-35 град/мин и выдержкой при этой температуре в течение 5-5.2 часа, после чего полученный продукт быстро вынимают и помещают в жидкий азот с выдержкой 1-2 мин, затем выдерживают в сухой атмосфере при нормальных условиях, после чего продукт перешихтовывают, прессуют, нагревают до температуры 960-980°С со скоростью нагрева 30-35 град/мин, выдерживают при этой температуре 5-5.2 часа и снова помещают в жидкий азот с выдержкой 1-2 мин.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен люминесцентный материал предлагаемого состава с сенсибилизатором из Nd3+ и активаторами из Ho3+, Er3+, Dy3+, позволяющий преобразование монохроматического излучения с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм, а также способ его получения.

Один из традиционных методов преобразования ближнего ИК-излучения в излучение коротковолнового ИК-диапазона основан на использовании эффектов возбуждения и девозбуждения активатора, находящегося в оптической матрице. При возбуждении активатор переходит из основного состояния в возбужденное, далее следует безызлучательная релаксация из возбужденного состояния на метастабильное состояние и, наконец, излучательный переход из метастабильного состояния в основное состояние с излучением коротковолнового ИК-диапазона. Одним из эффективных активаторов при таких процессах является Но3+, Er3+, Dy+3. Однако в этом случае для генерации излучения, например, при длине волны 2.7 мкм (переход 4I11/24I13/2 иона Er3+) необходимо увеличить время жизни на верхнем уровне 4I11/2, что достигается за счет увеличения концентрации Er вплоть до 30 ат. %. В лазерных активных средах, имеющих несколько метастабильных уровней, возможна генерация на нескольких лазерных каналах. В частности, возможна ситуация, когда конечный уровень одного канала является начальным уровнем другого или эти уровни связаны безызлучательной релаксацией. Такая схема генерации называется каскадной.

Авторами предлагаемого технического решения в ходе экспериментальных исследований свойств нового химического соединения сложного гафната лития-лантана со структурой граната состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 обнаружено, что Nd эффективно поглощает излучение лазера и в данной оптической матрице выступает в качестве сенсибилизатора редкоземельных ионов Ho, Er, Dy (см. фиг. 1). Для Nd3+ наиболее эффективно проводить возбуждение в полосу поглощения 4F5/2 излучением с длиной волны порядка 808 нм. Переход с возбужденного уровня 4F5/2 на метастабильный уровень 4F3/2 является безызлучательным, а переход с уровня 4F3/2 на уровни 4I15/2, 4I13/2, 4I11/2 сопровождается появлением серии линий в ИК-диапазоне с максимумами в области длин волн 1.7-1.9 мкм, 1.25-1.45 мкм, 1.00-1.13 мкм соответственно. Переход с уровня 4F3/2 на уровень 4I9/2 с пиковым значением излучения при ~0.9 мкм не входит в диапазон измеренных длин волн.

Одновременно из-за небольшой разницы в энергии между уровнями Nd3+ (4F3/2) и Er3+ (4I9/2) энергия с возбужденного уровня Nd3+ (4F3/2) переносится на уровень Er3+ (4I9/2) (ΕΤ1, см. фиг. 1). Переход с возбужденного уровня Er3+ (4I9/2) на метастабильный уровень Er3+ (4I11/2) является безызлучательным, а переход с уровня иона Er3+ 4I11/2 на уровень 4Ι13/2 сопровождается появлением линии в коротковолновом ИК-диапазоне с максимумом в области длин волн 2.5-2.9 мкм. Из-за малого различия в энергиях между уровнями Er3+ (4I13/2), Ho3+ (5I7) и Dy3+ (6Н11/2) энергия с уровня Er3+ (4I13/2) переносится на уровни Но3+ (5I7) и Dy3+ (6Н11/2) (ЕТ2 и ЕТ3, см. фиг. 1). Переход с возбужденного уровня Dy3+ (6Н11/2) на метастабильный уровень Dy3+ (6Н13/2) является безызлучательным, а переходы с возбужденных уровней Но3+ (5Ι7) и Dy3+ (6Н13/2) на уровни Но3+ (5I8) и Dy3+ (6Н15/2) соответственно сопровождаются появлением серии линий в коротковолновом и среднем ИК-диапазоне с максимумами в области длин волн 2-2.3 мкм и 3.1-3.35 мкм.

Авторами впервые было получено новое химическое соединение - твердый раствор состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6.

Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод о том, что твердый раствор состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где х=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, обладает наилучшими люминесцентными свойствами, которые позволяют использовать его в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм (см. фиг. 2, где показаны концентрационные зависимости эмиссии в твердых растворах Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 при возбуждении излучением с λex=808 нм). Концентрационные зависимости интенсивности люминесценции твердых растворов Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 имеют максимум в области x=2.5⋅10-2-1⋅101 (см. фиг. 3, где показаны концентрационные зависимости интенсивности люминесценции твердых растворов Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 при а - 1.043 мкм (переход 4F3/24I11/2 иона Nd3+), б - 1.318 мкм (переход 4F3/24I13/2 иона Nd3+), в - 1.846 мкм (переход 4F3/24I15/2 иона Nd3+), г - 2.106 мкм (переход 5I75I8 иона Но3+), д - 2.658 мкм (переход 4I11/24I13/2 иона Er3+), е - 3.168 мкм (переход 6Η13/26H15/2 иона Dy3+)). При x<2.5⋅10-2 происходит «разгорание» люминесценции, при x>1⋅10-1 наступает концентрационное тушение.

Как показали исследования, проведенные авторами, нагрев смеси исходных реактивов до 900-910°С и выдержка при этой температуре в течение 5-5.2 часов приводят к началу формирования фаз Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 тетрагональной модификации оксида лантана (La2O3) и гафната лантана (La2Hf2O7). Дальнейший нагрев при более высокой температуре (960-980°С) с кратковременной обработкой в жидком азоте вынутых из печи образцов приводит к полному образованию соединений состава: Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 тетрагональной модификации без примесей оксида лантана (La2O3), гафната лития (Li2HfO3) и гафната лантана (La2Hf2O7). Нагрев до температур ниже 900°С и выдержка менее 5 часов недостаточны для начала формирования фазы Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 и приводят к образованию смеси гафната лантана (La2Hf2O7), оксида лантана (La2O3) и карбоната лития (Li2CO3). Нагрев до температур выше 980°С и выдержка более 5.2 часов приводят к образованию примеси гафната лития (Li2HfO3) и гафната лантана (La2Hf2O7). Карбонат лития (Li2CO3) взят с избытком 7-10% с учетом летучести Li при нагреве, взятие избытка меньше 7% приводит к формированию примесей гафната лития (Li2HfO3) и гафната лантана (La2Hf2O7), взятие избытка более 10% приводит к необоснованному перерасходу карбоната лития. Предварительное прессование и выдержка в жидком азоте в течение 1-2 мин термообработанных таблетированных образцов, вынутых из печи, препятствуют формированию указанных примесей, легко образуемых при медленном охлаждении порошкообразной смеси. Для получения чистых образцов, а именно предотвращения возможности вхождения алюминия в состав соединения при контакте стенок алундового тигля с образцом и образования примесей La2Hf2O7 и Li2HfO3 на поверхности таблеток, нами было предпринято прокладывание дополнительных тонких таблеток диаметром также 10 мм и толщиной 2-2.5 мм на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца.

Таким образом, авторами предлагается новое химическое соединение состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, в качестве люминесцентного материала, позволяющего преобразовывать монохроматическое излучение с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм, и способ его получения.

Предлагаемый сложный гафнат лития-лантана со структурой тетрагонального граната состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, может быть получен следующим образом. В качестве исходных соединений для синтеза используют прокаленные при 850-900°С в течение 4-5 часов оксиды лантана (La2O3), неодима (Nd2O3) квалификации (х.ч.), в которых присутствуют в виде примесей Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1⋅10-6-4.5⋅10-3 масс. %, оксид гафния (Hf2O3) (ч.д.а.), карбонат лития (Li2CO3) (х.ч.). Взвешенные в стехиометрическом количестве навески оксида гафния перемешивают с прокаленными оксидами лантана, неодима и карбоната лития, взятого с избытком 7-10% с учетом летучести Li при нагреве. Смесь реагентов тщательно истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию. Готовят таблетки основного вещества диаметром 10 мм и высотой 5-10 мм и дополнительно из той же смеси готовят тонкие таблетки для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца диаметром также 10 мм и высотой 2-2.5 мм. Далее прессованные образцы помещают в алундовые тигли высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм, затем нагревают при 900-910°С и выдерживают при этой температуре в течение 5-5.2 часов. Скорость нагрева составляет 30-35 град/мин. Полученные после нагрева образцы быстро вынимают из печи, опускают в сосуд с жидким азотом и выдерживают 1-2 минуты до остывания, далее переносят в стеклянные бюксы с крышкой и хранят в сухом закрытом эксикаторе, то есть в сухой атмосфере при нормальных условиях. После перешихтовки образцы снова прессуют, нагревают до 960-980°С со скоростью нагрева 30-35 град/мин, выдерживают в печи в течение 5-5.2 часов и повторяют процедуру охлаждения аналогично ранее указанной. После шихтования порошкообразные образцы подвергают рентгенофазовому и структурному анализам, исследуют их физико-химические свойства. Полученные продукты по данным рентгенофазового, структурного и химического анализов являются однофазными составами, соответствуют формуле Li7La3-x-y-z-nNdxHOyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, и имеют гранатную структуру тетрагональной модификации. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В качестве исходных реагентов берут: 3.0406 г HfO2 (ч.д.а.); 3.4710 г La2O3 (х.ч.) (с примесью Nd3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1.2⋅10-3, 2⋅10-6, 5⋅10-5, 1⋅10-6 масс. %) и 0.06076 г (Nd2O3) (х.ч.) (с примесью La3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 8⋅10-3, 4⋅10-4, 5⋅10-5, 4.5⋅10-3 масс. %), предварительно прокаленные при 900°С в течение 4 ч, 2.0580 г Li2CO3 (х.ч.) с избытком по литию 10%. Далее навески интенсивно перемешивают, истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию под давлением 3000 кг/см2. В результате приготавливают 2 больших таблетки высотой 5 мм и диаметром 10 мм и две тонкие таблетки высотой 2-2.3 мм, необходимые для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца. Далее прессованный образец помещают в алундовый тигель высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм и затем ставят в печь «СНОЛ-Е5СС», нагревают до 910°С и выдерживают в течение 5 ч. Скорость нагрева при этом составляет 30 град/мин. Полученный после термообработки таблетированный образец быстро вынимают из печи и из тигля, опускают в сосуд с жидким азотом, выдерживают 1 мин до охлаждения. Затем переносят в стеклянный бюкс с крышкой и ставят в сухой закрытый эксикатор. После перешихтовки образцы прессуют, нагревают до 980°С и выдерживают в течение 5 ч с использованием тонких таблеток, а затем выдерживают в жидком азоте в течение 1 мин. После шихтования приготовленный порошкообразный образец исследуют физико-химическими методами. По данным рентгенофазового, структурного и химического анализов продукт является сложным гафнатом лития-лантана состава Li7La2.949996Nd0.05Ho0.00000026Er0.0000015Dy0.0000024Hf2O12 и имеет тетрагональную модификацию гранатной структуры с параметрами решетки а=13.0984 Å, с=12.6292 Å, А=2166.77 Å3. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм. Интенсивность излучения при его работе в качестве люминесцентного материала для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона приведена на фиг. 2 (х=0.05).

Пример 2

В качестве исходных реагентов берут: 2.8164 г HfO2 (ч.д.а.); 3.1605 г La2O3 (х.ч.) (с примесью Nd3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1.2⋅10-3, 2⋅10-6, 5⋅10-5, 1⋅10-6 масс. %) и 0.1126 г (Nd2O3) (х.ч.) (с примесью La3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 8⋅10-3, 4⋅10-4, 5⋅10-5, 4.5⋅10-3 масс. %), предварительно прокаленные при 850°С в течение 5 ч, 1.9062 г Li2CO3 (х.ч.) с избытком по литию 7%. Далее навески интенсивно перемешивают, истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию под давлением 3000 кг/см2. В результате приготавливают 2 большие таблетки высотой 10 мм и диаметром 10 мм и две тонкие таблетки высотой 2.2-2.5 мм, необходимые для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца. Далее прессованный образец помещают в алундовый тигель высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм и затем ставят в печь «СНОЛ-Е5СС», нагревают до 900°С и выдерживают в течение 5.2 час. Скорость нагрева при этом составляет 35 град/мин. Полученный после термообработки таблетированный образец быстро вынимают из печи и из тигля, опускают в сосуд с жидким азотом, выдерживают 2 мин до охлаждения. Затем переносят в стеклянный бюкс с крышкой и ставят в сухой закрытый эксикатор. После перешихтовки образцы прессуют, нагревают до 960°С и выдерживают в течение 5.2 ч с использованием тонких таблеток и аналогичным вышеописанным образом выдерживают в жидком азоте в течение 2 мин. После шихтования приготовленный порошкообразный образец исследовали физико-химическими методами.

По данным рентгенофазового, структурного и химического анализов продукт является сложным гафнатом лития-лантана состава Li7La2.899993Nd0.1Ho0.00000047Er0.0000015Dy0.0000047Hf2O12 и имеет тетрагональную модификацию гранатной структуры с параметрами решетки а=13.0966 Å, с=12.6287 Å, А=2166.09 Å3. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм. Интенсивность излучения при его работе в качестве люминесцентного материала для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона приведена на фиг. 2 (х=0.1)

Пример 3

В качестве исходных реагентов берут: 2.4091 г HfO2 (.ч.д.а); 2.7734 г La2O3 (х.ч.) (с примесью Nd3+, Ho3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1.2⋅10-3, 2⋅10-6, 5⋅10-5, 1⋅10-6 масс. %) и 0.02407 г (Nd2O3) (х.ч.) (с примесью La3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 8⋅10-3, 4⋅10-4, 5⋅10-5, 4.5⋅10-3 масс. %), предварительно прокаленные при 900°С в течение 4 ч, 1.6306 г Li2CO3 (х.ч.) с избытком по литию 10%. Далее навески интенсивно перемешивают, истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию под давлением 3000 кг/см2. В результате приготавливают 2 большие таблетки высотой 5 мм и диаметром 10 мм и две тонкие таблетки высотой 2-2.3 мм, необходимые для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца. Далее прессованный образец помещают в алундовый тигель высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм и затем ставят в печь «СНОЛ-Е5СС», нагревают до 910°С и выдерживают в течение 5 ч. Скорость нагрева при этом составляет 30 град/мин. Полученный после термообработки таблетированный образец быстро вынимают из печи и из тигля, опускают в сосуд с жидким азотом, выдерживают 1 мин до охлаждения. Затем переносят в стеклянный бюкс с крышкой и ставят в сухой закрытый эксикатор. После перешихтовки образцы прессуют, нагревают до 980°С со скоростью нагрева 35 град/мин и выдерживают в течение 5 ч с использованием тонких таблеток и аналогичным вышеописанным образом выдерживают в жидком азоте в течение 1 мин. После шихтования приготовленный порошкообразный образец исследовали физико-химическими методами. По данным рентгенофазового, структурного и химического анализов продукт являлся сложным гафнатом лития-лантана состава Li7La2.974997Nd0.025Ho0.00000016Er0.0000015Dy0.0000012Hf2O12 и имеет тетрагональную модификацию гранатной структуры с параметрами решетки a=13.0992 Å, с=12.6285 Å, А=2166.91 Å3. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм. Интенсивность излучения при его работе в качестве люминесцентного материала для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона приведена на фиг. 2 (х=0.025)

Таким образом, авторами предлагается новое химическое соединение сложный гафнат лития-лантана со структурой граната тетрагональной модификации состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм, что позволяет значительно расширить диапазон конвертируемого излучения.

1. Сложный гафнат лития-лантана состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм.

2. Способ получения сложного гафната лития-лантана состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, включающий получение исходной смеси стехиометрических количеств оксидов соответствующих металлов, предварительно прокаленных при температуре 900-910°C, и карбоната лития, взятого с избытком 7-10%, ее интенсивное перемешивание и истирание с добавлением этилового спирта, прессование, нагревание до температуры 900-910°C со скоростью нагрева 30-35 град/мин и выдержкой при этой температуре в течение 5-5.2 часа, после чего полученный продукт быстро вынимают и помещают в жидкий азот с выдержкой 1-2 мин, затем выдерживают в сухой атмосфере при нормальных условиях, после чего продукт перешихтовывают, прессуют, нагревают до температуры 960-980°C со скоростью нагрева 30-35 град/мин, выдерживают при этой температуре 5-5.2 часа и снова помещают в жидкий азот с выдержкой 1-2 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим средам на основе кристаллических галогенидов и может быть использовано в системах оптической связи в качестве широкополосных усилителей и лазеров.

Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния включает в себя оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активным элементом.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается монокристаллического материала для дисковых лазеров. Монокристаллический материал выполнен на основе алюмоиттриевого граната, активированного ионами иттербия.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается монокристаллического материала с неоднородным распределением оптических примесей по заданному закону вдоль активного лазерного элемента со следующей структурной формулой: где где z - пространственная координата, направленная вдоль длины кристалла и определяющая изменение концентрационного профиля ионов эрбия и иттербия, в системе отсчета, берущей начало на входной грани активного элемента, и имеющая значения от 0 до 1 см.

Лазер // 2587499
Изобретение относится к лазерной технике. Лазер для испускания излучения в видимом диапазоне содержит помещенный в резонатор анизотропный кристалл, легированный редкоземельными элементами, содержащий 5d-4f переход.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм осуществляется с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и лазера YAG:Еr3+ с длиной волны излучения 2,94 мкм для его накачки.
Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов для пассивных лазерных затворов, используемых в современных лазерах и лидарах, работающих в области 1,2-1,55 мкм.

Импульсно-периодический лазер на неодимовом стекле для накачки мощных титан-сапфировых усилителей включает в себя задающий генератор, предусилитель, систему формирования пучка, изолятор Фарадея, кеплеров телескоп, поляризатор, основной двухпроходный усилитель на стержневых активных элементах из неодимового стекла и удвоитель частоты.

Изобретение относится к лазерной технике. Двухмикронный твердотельный лазер содержит резонатор с активной средой и источник оптической накачки, в качестве которой использован твердотельный лазер.

Изобретение относится к устройствам для усиления когерентного света в лазерных устройствах, а именно к твердотельным активным элементам. Твердотельный активный элемент состоит из последовательно расположенных в корпусе скрещенных пакетов параллельных пластин, каждая пластина состоит из находящихся в оптическом контакте чередующихся активированных и неактивированных слоев одинаковой длины.

Изобретение относится к получению поликристаллических боратов, которые могут применяться в качестве твердотельных матриц для эффективных люминофоров. Для получения тетрабората кадмия CdB4O7 путем термической обработки в качестве исходных компонентов используют смесь из CdO (31,03 мас.%), H3BO3 (68,97 мас.%).
Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования.

Изобретение относится к области материаловедения, в частности, к способу получения поликристаллических боратов, которые могут найти применение в качестве катализаторов и твердых электролитов.

Изобретение относится к технологиям создания новых материалов и предназначено для использования в области технологии кристаллических и стеклокристаллических материалов.
Изобретение относится к технологии получения наноразмерных пленок мультиферроиков и может найти применение в производстве высокодобротных магнитооптических устройств обработки и хранения информации, магнитных сенсоров, емкостных электромагнитов, магнитоэлектрических элементов памяти, невзаимных сверхвысокочастотных фильтров.
Изобретение относится к области изготовления деталей для оптических, акустоэлектронных и лазерных устройств, где в качестве активных и пассивных материалов используются тугоплавкие оксиды, преимущественно, двух-, трех- и четырехвалентных металлов, как в форме простых оксидов, так и сложных соединений.
Изобретение относится к технологии получения объемных кристаллов александрита, которые могут быть использованы в качестве высококачественного сырья для изготовления оптических элементов лазерных систем.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к получению нового сложного оксида со структурой силленита, который является перспективным материалом для различных акусто- и оптоэлектронных устройств: пьезодатчиков, фильтров и линий задержки электромагнитных сигналов, электро- и магнитооптические измерителей напряженности полей, пространственно-временных и магнитооптических модуляторов.
Изобретение относится к технологии получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) типа «123», необходимых для проведения экспериментальных исследований фундаментальных свойств ВТСП, а также изготовления приборов и устройств сверхпроводниковой электроники.

Изобретение относится к оксидным сцинтилляционным монокристаллам, предназначенным для приборов рентгеновской компьютерной томографии (РКТ) и обследования просвечиванием излучением.

Многопроходный лазерный усилитель на дисковом активном элементе содержит активный элемент и две оптические системы для переноса изображения с лазерного активного элемента обратно на лазерный активный элемент. В усилителе угол отклонения нормали активного элемента от оптической оси первой оптической системы, а также угол между нормалью к лазерному активному элементу и осью второй оптической системы и угол падения входного лазерного излучения на лазерный активный элемент выбраны таким образом, что количество проходов лазерного излучения через активный элемент, полученное при помощи первой оптической системы, уменьшается по сравнению с максимально возможным Nmax. Технический результат заключается в обеспечении устойчивости к вибрациям, повышении порога самовозбуждения, увеличении эффективности извлечения запасённой энергии. 2 ил.
Наверх