中國粉體網(wǎng)訊鋱鎵石榴石（Tb3Ga5O12，TGG）在可見及近紅外波段具有較高的Verdet常數(shù)、優(yōu)異的光學(xué)性能、高的熱導(dǎo)率和激光損傷閾值，上述優(yōu)點(diǎn)都使TGG成為了光隔離器用的重要磁光材料。TGG單晶在制備過程中會(huì)產(chǎn)生氧化鎵揮發(fā)而影響其晶體質(zhì)量，且難以獲得大尺寸單晶。相較而言，TGG陶瓷可以在較低的燒結(jié)溫度及多樣化的燒結(jié)機(jī)制下實(shí)現(xiàn)透明化，能夠有效避免晶體生長中的氧化鎵揮發(fā)等諸多問題，從而獲得高質(zhì)量的磁光陶瓷。另外陶瓷還具有易于制備大尺寸材料、斷裂韌性高、制備周期短等優(yōu)勢。因此，TGG磁光陶瓷具有良好的應(yīng)用前景。
相關(guān)研究進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所李江研究員帶領(lǐng)的透明與光功能陶瓷研究課題組在鋱鎵石榴石基磁光陶瓷研究中取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)以共沉淀法合成的1.0at% Ce:TGG納米粉體為原料，再結(jié)合空氣燒結(jié)及熱等靜壓后處理（HIP）技術(shù)制備得到了性能優(yōu)異的Ce:TGG陶瓷。該陶瓷在1064 nm處的直線透過率達(dá)到了81.7%，且在632.8 nm處的Verdet常數(shù)達(dá)到-143.4 rad·T-1·m-1，比商用TGG晶體提高了5%。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際期刊Scripta Materialia上（Scripta Mater., 2019, doi: 10.1016/j.scriptamat.2019.10.023），論文第一作者為上海硅酸鹽所博士研究生李曉英，通訊作者為李江研究員。該研究工作獲得了審稿人的高度評(píng)價(jià)，審稿人認(rèn)為“The ceramic optical quality is excellent and the research content can be a supplement for the development of high-performance magneto-optical materials”。
Ce:TGG磁光陶瓷的實(shí)物照片與直線透過率曲線
目前國際上僅有日本神島化學(xué)公司制備的TGG磁光陶瓷可以滿足高功率激光器用光隔離器的應(yīng)用要求，但制備細(xì)節(jié)尚不明確，亟待打破技術(shù)壁壘。近年來，李江研究員團(tuán)隊(duì)與江蘇大學(xué)材料學(xué)院劉強(qiáng)教授合作開展了關(guān)于TGG磁光陶瓷的研究工作，并取得了系列研究成果。該團(tuán)隊(duì)自主合成了高質(zhì)量的TGG納米粉體，并通過優(yōu)化合成工藝對(duì)粉體的組分、形貌和團(tuán)聚狀態(tài)等進(jìn)行了調(diào)控（Opt. Mater., 2019, 90: 26-32；J. Inorg. Mater., 2019,34(7): 791-796）。優(yōu)化后的TGG粉體為純立方相，且具有良好的分散性和燒結(jié)活性，適用于后續(xù)TGG磁光陶瓷的燒結(jié)。考慮到氧化鎵的揮發(fā)，該團(tuán)隊(duì)采用兩步燒結(jié)法制備了具有優(yōu)良光學(xué)質(zhì)量和磁光性能的TGG透明陶瓷。該TGG陶瓷在1064 nm處的直線透過率達(dá)到了80.3%（接近其理論透過率），且表現(xiàn)出可與單晶（-134 rad·T-1·m-1）相比擬的磁光性能，其在632.8 nm處的Verdet常數(shù)約為-136 rad·T-1·m-1。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際期刊Optical Material上（Opt. Mater., 2019, 62: 205-21)，同時(shí)這是國內(nèi)首次報(bào)道的以自主合成的TGG粉體為原料所制備的高性能TGG磁光陶瓷。
不同溫度制備的TGG磁光陶瓷的實(shí)物照片（a）與直線透過率曲線（b）
以上系列研究工作得到中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目（院青年拔尖人才項(xiàng)目）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目等資助。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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