科學家研製出可用於高容量雷射應用的新型納米複合陶瓷

導語：

遠東聯邦大學的材料科學家與一個國際科學家團隊合作研製的新型納米複合陶瓷（Ho3+:Y2O3-MgO）設計應用於2-6微米中紅外輻射（IR）範圍內工作的高容量雷射儀器。這種雷射器不會傷害人類的視力，不僅可用於分子含量的檢測和分子類型的鑑定，還可以實現分子的成像等，在工業、醫學、大氣探測和光雷達等不同經濟領域都有眾多應用。

近期有報導稱，由遠東聯邦大學的材料科學家與一個國際科學家團隊合作完成了一項壯舉，他們研製的新型納米複合陶瓷（Ho3+:Y2O3-MgO）已被設計用於在2-6微米中紅外輻射（IR）範圍內工作的高容量雷射儀器。目前相關論文已發表在《國際陶瓷》雜誌上。

新型複合陶瓷SEM圖：總圖（a）和第二相區（b）

據了解，處於這個波長範圍內的雷射器不會傷害人類的視力，不僅可用於分子含量的檢測和分子類型的鑑定，還可以實現分子的成像等，在工業、醫學、大氣探測和光雷達等不同經濟領域都有眾多應用，這也是這項成果如此令人興奮的原因之一。

這種新型光學陶瓷（Ho3+:Y2O3-MgO）的原料是在氧化釔納米粉體中加入鈥（Ho3+:Y2O3）和氧化鎂（MgO），利用自蔓延高溫合成(SHS)技術製成的。隨後在30MPa的壓力及1300℃的溫度下對這些粉體使用火花等離子體燒結（SPS）技術處理5分鐘就可得到陶瓷樣品。據悉，這種高速固結技術是FEFU和俄羅斯科學院遠東分院化學研究所都十分熱衷使用的一種技術。

由於新型陶瓷近乎「無孔」的結構及平均晶粒尺寸僅為200納米，因此這種材料具有10.7GPa的高微硬度，且雷射器運行時具有耐高溫的特性，同時還能透過75%以上的中紅外波長（最高6微米）的光。

「在新的文章中，我們展示了基於我們之前開發的納米複合陶瓷基體開發活性雷射介質的可能性。這次我們的目標是為基體選擇一種摻雜離子並優化其含量，並測試新的紅外透明複合材料的發光特性，以滿足潛在的雷射應用。在選擇鈥作為合金離子後，我們成功獲得了獨特的雷射特性。」費烏理工學院工業安全系「先進陶瓷材料」科教中心主任DenisKosyanov說。

Kosyanov補充說：「由於它對人類視覺是安全的，因此適用於許多領域，如園區電子學到3D景觀設計。而且在陶瓷基體中加入鈥可以開發出高濃度的雷射介質，在不降低其容量的情況下，能夠最大限度地減小雷射元件和整個裝置的尺寸。」

掃描探針顯微鏡與紅外線照射的結合：紅外散射型掃描近場光學顯微鏡

DenisKosyanov認為，如果納米複合陶瓷要在工業規模上使用，其在中紅外範圍內的透光能力必須從75%提升到80%。今後，研究人員將重點研究這一任務。

文章來源：AZoM 粉體圈

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