專利名稱：鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈮酸鉀鋰單晶及其制備方法。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換熒光材料由于可以將泵浦能量由近紅外光譜區(qū)域傳遞到可見(jiàn)光或者是紫 外光譜區(qū)域而受到了普遍的關(guān)注。鈮酸鉀鋰(K3_yLi2_x+yNb5+x015+2x)因?yàn)榫哂蟹浅?yōu)秀的熱 電、鐵電、壓電和非線性光學(xué)效應(yīng)，是一種具有極高潛在應(yīng)用價(jià)值的材料。但是目前對(duì)鈮酸 鉀鋰晶體或摻雜的鈮酸鉀鋰晶體(如雙摻鈰錳鈮酸鉀鋰晶體)的研究都是圍繞晶體的非線 性光學(xué)和鐵電效應(yīng)方面的性能進(jìn)行的，目前還沒(méi)有以鈮酸鉀鋰為基質(zhì)的具有頻率上轉(zhuǎn)換性 能的材料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決目前尚沒(méi)有以鈮酸鉀鋰為基質(zhì)的頻率上轉(zhuǎn)換性能的材料的技術(shù) 問(wèn)題，而提供鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶及其制備方法。本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶是由氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸 鉀制成的，其中氧化鐿與氧化鈥的摩爾比為1 0.5 8，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為 1 1263 1似8，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 571 637，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為 1 857 957。本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、稱取氧化鐿、氧 化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀并混合均勻，然后放入瑪瑙研缽中研磨池 4h，得到混合粉 末，其中氧化鐿與氧化鈥的摩爾比為1 0.5 8，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 1263 1似8，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 571 637，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 857 957;二、按無(wú)水乙醇與步驟一得到的混合粉末的體積質(zhì)量比為2mL 5g的比例量取無(wú)水乙 醇，然后將一半的無(wú)水乙醇加入到步驟一得到的混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙 醇揮發(fā)，然后將另一半無(wú)水乙醇再加入到混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)， 得到晶體生長(zhǎng)粉末原料；三、將步驟二得到的晶體生長(zhǎng)粉末原料加入到鉬金坩堝中，再將鉬 金坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，以60°C /h 150°C /h的速度升溫至940°C 980°C并保持4h 8h，得到鈮酸鉀鋰多晶；四、以60°C /h 150°C /h的速度升溫至1330°C 1380°C并保持 4h 8h，再以10°C /h 30°C /h的速度降溫至1290°C 1310°C，得到均勻熔液；五、先程序 降溫至1250°C 1270°C，再以20°C /h 80°C /h的速度退火降溫至室溫，即得鈥鐿雙摻鈮 酸鉀鋰單晶；其中步驟五中所述的程序降溫為按0. 5°C /h 1°C /h的速度均速降溫方式， 或者是按0. 5°C /h 1°C /h的速度均速降溫并且每降低0. 5°C 1°C保持0. 5h Ih的降 溫方式ο本發(fā)明得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶為四方鎢青銅型，在制備過(guò)程時(shí)，晶體生長(zhǎng) 粉末原料在950°C時(shí)得到的是鈮酸鉀鋰多晶，繼續(xù)升溫至1380°C后，鈮酸鉀鋰多晶進(jìn)行充 分的熔化并與氧化鐿、氧化鈥混合均勻，從1290 1310°C降溫至1270°C時(shí)，每降低1°C保持1小時(shí)，此時(shí)熔體自發(fā)成核，形成鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶。組分一致的鈮酸鉀鋰晶體材料的制備比較困難，用頂部籽晶助熔劑法生長(zhǎng)的晶體 容易存在成分不均勻和生長(zhǎng)條紋，摻雜稀土離子后，更加不易結(jié)晶，對(duì)生長(zhǎng)條件要求較高。 鈮酸鉀鋰晶體材料的結(jié)構(gòu)、性能、生長(zhǎng)條件以及生長(zhǎng)工藝會(huì)隨著每種元素的比例不同而有 很大變化，甚至?xí)苯佑绊懙缴L(zhǎng)晶體的成敗。本發(fā)明采用逐步降溫法成功地生產(chǎn)出透明 的、質(zhì)量均勻的、無(wú)生長(zhǎng)條紋的、性能優(yōu)越的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶，本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮 酸鉀鋰單晶的紫外吸收邊在380nm附近，這使得鈥在小于380nm紫外區(qū)域的典型吸收帶無(wú) 法進(jìn)行觀測(cè)，而在其紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜中在300-1100nm的測(cè)量范圍內(nèi)，可以觀 測(cè)到鈥的5個(gè)吸收峰和鐿的吸收峰，其中在鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶中，鈥的\ — 5G6的強(qiáng) 度最強(qiáng)，并且本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的所有鈥離子吸收峰強(qiáng)度隨著鈥離子摻雜濃 度的增加而增強(qiáng)。在975nm半導(dǎo)體激光器的激發(fā)下產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的M5nm綠光和650nm紅 光，其中，綠光的發(fā)光強(qiáng)度約為紅光的2倍，并且所有上轉(zhuǎn)換熒光峰強(qiáng)度隨著鈥離子摻雜濃 度的增加而增強(qiáng)。紅光和綠光都為雙光子過(guò)程。本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶可用于頻率上轉(zhuǎn)換短波長(zhǎng)全固態(tài)激光器領(lǐng)域及 太陽(yáng)能電池、彩色顯示和生物識(shí)別等領(lǐng)域。


圖1是具體實(shí)施方式
二十制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶粉末的X射線衍射譜圖； 圖2是具體實(shí)施方式
二十制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜 圖；圖3是具體實(shí)施方式
二十制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶在975nm激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光光 譜圖；圖4是具體實(shí)施方式
二十制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶利用975nm半導(dǎo)體激光激 發(fā)的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)關(guān)系曲線圖，圖中+表示M5nm處的綠色 發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線，+表示650nm處的紅色發(fā)光熒光強(qiáng)度與 入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線；圖5是具體實(shí)施方式
二十一制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶 粉末的X射線衍射譜圖；圖6是具體實(shí)施方式
二十一制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的紫 外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜圖；圖7是具體實(shí)施方式
二十一制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶 在975nm激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖；圖8是具體實(shí)施方式
二十一制備的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單 晶利用975nm半導(dǎo)體激光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)關(guān)系曲線圖，圖 中+表示M5nm處的綠色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線，+表示650nm處 的紅色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶是由氧化鐿、氧化鈥、氧化 鈮、碳酸鋰和碳酸鉀制成的，其中氧化鐿與氧化鈥的摩爾比為1 0.5 8，氧化鐿與氧化鈮 的摩爾比為1 1263 1428，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 571 637，氧化鐿與碳酸 鉀的摩爾比為1 857 957。本實(shí)施方式采用逐步降溫法成功地生產(chǎn)出透明的、質(zhì)量均勻的、無(wú)生長(zhǎng)條紋的、性 能優(yōu)越的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶，本實(shí)施方式的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的紫外吸收邊在 380nm附近，這使得鈥在小于380nm紫外區(qū)域的典型吸收帶無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)，而在其紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜中在300-1 IOOnm的測(cè)量范圍內(nèi)，可以觀測(cè)到鈥的5個(gè)吸收峰和鐿的吸 收峰，其中在鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶中，鈥的5I8 — 5G6的強(qiáng)度最強(qiáng)，并且本實(shí)施方式的鈥鐿 雙摻鈮酸鉀鋰單晶的所有鈥離子吸收峰強(qiáng)度隨著鈥離子摻雜濃度的增加而增強(qiáng)。在975nm 半導(dǎo)體激光器的激發(fā)下產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的M5nm綠光和650nm紅光，其中，綠光的發(fā)光強(qiáng)度約 為紅光的2倍，并且所有上轉(zhuǎn)換熒光峰強(qiáng)度隨著鈥離子摻雜濃度的增加而增強(qiáng)。紅光和綠 光都為雙光子過(guò)程。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是氧化鐿與氧化鈥的摩 爾比為1 1 7，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 1270 1400，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾 比為1 580 625，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 865 950。其它與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是氧化鐿與氧化鈥的摩 爾比為1 5，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 914，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 611， 氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 1331。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法按以下步驟進(jìn) 行一、稱取氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀并混合均勻，然后放入瑪瑙研缽中研 磨池 4h，得到混合粉末，其中氧化鐿與氧化鈥的摩爾比為1 0. 5 8，氧化鐿與氧化 鈮的摩爾比為1 1263 1428，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 571 637，氧化鐿與碳 酸鉀的摩爾比為1 857 957;二、按無(wú)水乙醇與步驟一得到的混合粉末的體積質(zhì)量比 為2mL 5g的比例將量取無(wú)水乙醇，然后將一半的無(wú)水乙醇加入到步驟一得到的混合粉末 中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，然后將另一半無(wú)水乙醇再加入到混合粉末中，在瑪 瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，得到晶體生長(zhǎng)粉末原料；三、將步驟二得到的晶體生長(zhǎng)粉末 原料加入到鉬金坩堝中，再將鉬金坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，以60°C /h 150°C /h的速度升 溫至940°C 980°C并保持4h 8h，得到鈮酸鉀鋰多晶；四、以60°C /h 150°C /h的速度 升溫至1330°C 1380°C并保持4h 8h，再以10°C /h 30°C /h的速度降溫至1290°C 1310°C，得到均勻熔液；五、先程序降溫至1250°C 1270°C，再以20°C /h 80°C /h的速度 退火降溫至室溫，即得鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶；其中步驟五中所述的程序降溫為按0. 5°C / h 1°C /h的速度均速降溫方式，或者是按0. 5°C /h 1°C /h的速度均速降溫并且每降低 0. 5°C 1°C保持0. 5h Ih的降溫方式。本實(shí)施方式采用逐步降溫法成功地生產(chǎn)出透明的、質(zhì)量均勻的、無(wú)生長(zhǎng)條紋的、性 能優(yōu)越的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶，本實(shí)施方式的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的紫外吸收邊在 380nm附近，這使得鈥在小于380nm紫外區(qū)域的典型吸收帶無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)，而在其紫外-可 見(jiàn)-近紅外吸收光譜中在300-1 IOOnm的測(cè)量范圍內(nèi)，可以觀測(cè)到鈥的5個(gè)吸收峰和鐿的吸 收峰，其中在鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶中鈥的5I8 — 5Q的強(qiáng)度最強(qiáng)，并且本實(shí)施方式的鈥鐿雙 摻鈮酸鉀鋰單晶的所有鈥離子吸收峰強(qiáng)度隨著鈥離子摻雜濃度的增加而增強(qiáng)。在975nm半 導(dǎo)體激光器的激發(fā)下產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的M5nm綠光和650nm紅光，其中，綠光的發(fā)光強(qiáng)度約為 紅光的2倍，并且所有上轉(zhuǎn)換熒光峰強(qiáng)度隨著鈥離子摻雜濃度的增加而增強(qiáng)。紅光和綠光 都為雙光子過(guò)程。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟一中的氧化鐿與 氧化鈥的摩爾比為1 1 7，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 1270 1400，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 580 625，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 865 950。其它與具體 實(shí)施方式四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟一中的氧化鐿與 氧化鈥的摩爾比為1 4，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 929，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比 為1 620，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 1343。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至六之一不同的是步驟一中的 氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀的混合粉末在瑪瑙研缽中研磨2.證 3. 5h。其它 與具體實(shí)施方式
四至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至六之一不同的是步驟一中的 氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀的混合粉末在瑪瑙研缽中研磨池。其它與具體實(shí) 施方式四至六之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至八之一不同的是步驟一中所 述氧化鐿的純度> 99.99% (質(zhì)量)，步驟一中所述氧化鈥的純度> 99.99% (質(zhì)量)，步 驟一中所述氧化鈮的純度> 99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述碳酸鋰的純度> 99. 99% (質(zhì) 量)，步驟一中所述碳酸鉀的純度> 99. 99% (質(zhì)量)。其它與具體實(shí)施方式
四至八之一相 同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至九之一不同的是步驟三中晶 體生長(zhǎng)爐的升溫速度為70°C /h 140°C /h，溫度升至950°C 970°C，保溫時(shí)間為5h 7h。 其它與具體實(shí)施方式
四至九之一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至九之一不同的是步驟三中 晶體生長(zhǎng)爐的升溫速度為100°C/h，溫度升至960°C，保溫時(shí)間為他。其它與具體實(shí)施方式
四至九之一相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十一之一不同的是步驟四 中以70°C /h 140°C /h的速度升溫至1340°C 1370°C并保持4. 5h 7. 5h，再以15°C / h 25°C /h的速度降溫至1295°C 1305°C，得到均勻熔液。其它與具體實(shí)施方式
四至i^一 之一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十一之一不同的是步驟四 中以120°C /h的速度升溫至1360°C并保持6h，再以20°C /h的速度降溫至1300°C，得到均 勻熔液。其它與具體實(shí)施方式
四至十一之一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十三之一不同的是步驟五 中先程序降溫至1255°C 1265°C，再以30°C /h 70°C /h的速度退火降溫至室溫。其它 與具體實(shí)施方式
四至十三之一相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十三之一不同的是步驟五 中先程序降溫至1260°C，再以50°C /h的速度退火降溫至室溫。其它與具體實(shí)施方式
四至 十三之一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十五之一不同的是步驟五 中的程序降溫為按0. 6°C /h 0. 9°C /h的速度均速降溫方式。其它與具體實(shí)施方式
四至 十五之一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十五之一不同的是步驟五中的程序降溫為按0. 7°C /h的速度均速降溫方式。其它與具體實(shí)施方式
四至十五之一相 同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十五之一不同的是步驟五 中的程序降溫為按0. 60C /h 0. 90C /h的速度均速降溫并且每降低0. 6V 0. 9°C保持 0. 6h 0. 9h的降溫方式。其它與具體實(shí)施方式
四至十五之一相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十五之一不同的是步驟五 中的程序降溫為按0. 7V /h的速度均速降溫并且每降低0. 7°C保持0. 8h的降溫方式。其 它與具體實(shí)施方式
四至十五之一相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式的本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法按 以下步驟進(jìn)行一、稱取0. 03848g氧化鐿粉末、0. 065996g氧化鈥粉末、32. 9556g氧化鈮粉 末、4. 4788g碳酸鋰粉末和12. 5657g碳酸鉀粉末并混合均勻，然后放入瑪瑙研缽中研磨3h， 得到混合粉末；二、量取20mL無(wú)水乙醇，然后先將其中的IOmL無(wú)水乙醇加入到步驟一得到 的混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，然后將剩余的IOmL乙醇再加入到混合 粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，得到晶體生長(zhǎng)粉末原料；三、將步驟二得到的 晶體生長(zhǎng)粉末原料加入到直徑為8cm，深度為6cm的鉬金坩堝中，再將鉬金坩堝放入晶體生 長(zhǎng)爐內(nèi)，先以150°C /h的速度升溫至950°C并保持他，接著以100°C /h的速度升溫至1380°C 并保持4h，再以40°C /h的速度降溫至1300°C，然后以0. 5°C /h的速度逐步降溫至1270°C， 每降低1°C保持1小時(shí)，最后以20°C /h的速度退火降溫至室溫，即得鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單
曰
曰曰°步驟一中所述氧化鐿的純度為99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述氧化鈥的純度為 99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述氧化鈮的純度為99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述碳酸鋰的 純度為99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述碳酸鉀的純度為99. 99% (質(zhì)量)。本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的粉末的X射線衍射譜圖如圖1所示， 對(duì)照片PDF卡片可知，本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶是四方鎢青銅型晶體結(jié) 構(gòu)。本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶切片拋光后，進(jìn)行紫外-可見(jiàn)-近紅外 吸收光譜測(cè)試，得到的紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜如圖2所示，從圖2可以看出鈥鐿雙摻 鈮酸鉀鋰單晶在420nm、455nm、545nm、650nm和895nm處具有Ho3+離子的典型吸收帶，位于 420nm處的吸收帶1為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為420nm的光子從Ho3+的基態(tài)\躍遷到激 發(fā)態(tài)產(chǎn)生的，記為5I8 — 5G5,位于455nm處的吸收帶2為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為455nm 的光子從Ho3+的基態(tài)5I8躍遷到激發(fā)態(tài)5Q產(chǎn)生的，記為\ — 5G6,位于M5nm處的吸收帶3 為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為M5nm的光子從Ho3+的基態(tài)5I8躍遷到激發(fā)態(tài)5F4產(chǎn)生的，記為 5I8 — 5F4,位于650nm處的吸收帶4為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為650nm的光子從Ho3+的基態(tài) 5I8躍遷到激發(fā)態(tài)％產(chǎn)生的，記為5I8 — 5F5,位于895nm處的吸收帶5為Ho3+離子吸收一個(gè) 波長(zhǎng)為895nm的光子從Ho3+的基態(tài)\躍遷到激發(fā)態(tài)5I5產(chǎn)生的，記為\ — 5I5,吸收帶1、 2、3、4和5是Ho3+離子的典型吸收帶，位于975nm處的吸收帶6為鐿離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為 975nm的光子從Yb3+的基態(tài)2F7/2躍遷到激發(fā)態(tài)2F5/2產(chǎn)生的，記為2F7/2 — 2F572 (Yb3+)，是Yb3+ 離子的典型吸收帶。這也表明了 Ho3+離子與離子已經(jīng)摻雜進(jìn)入鈮酸鉀鋰。對(duì)本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶切片拋光后，進(jìn)行975nm激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光光譜測(cè)試，得到的975nm激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖如圖3所示，從圖3可以看出，利用 975nm半導(dǎo)體激光激發(fā)，鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶在M5nm處有綠色發(fā)光，在650nm處有紅色 發(fā)光。圖4是利用975nm半導(dǎo)體激光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲 線圖。圖中+表示M5nm處的綠色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線，+表示 650nm處的紅色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線，從圖4可以看出，上轉(zhuǎn)換熒光 強(qiáng)度的對(duì)數(shù)與入射激光功率的對(duì)數(shù)呈正比，綠色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲 線的斜率為2. 10，紅色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線的斜率為1. 84。從這兩 個(gè)斜率可以看出，紅光和綠光都是雙光子過(guò)程。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式的本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法 按以下步驟進(jìn)行一、稱取0. 03848g氧化鐿粉末、0. 032998g氧化鈥粉末、32. 9556g氧化鈮 粉末、4. 4788g碳酸鋰粉末和12. 5657g碳酸鉀粉末并混合均勻，然后放入瑪瑙研缽中研磨 池，得到混合粉末；二、量取20mL無(wú)水乙醇，然后先將其中的IOmL無(wú)水乙醇加入到步驟一 得到的混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，然后將剩余的IOmL乙醇再加入到 混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，得到晶體生長(zhǎng)粉末原料；三、將步驟二得 到的晶體生長(zhǎng)粉末原料加入到直徑為8cm，深度為6cm的鉬金坩堝中，再將鉬金坩堝放入晶 體生長(zhǎng)爐內(nèi)，先以120°C /h的速度升溫至950°C并保持他，接著以100°C /h的速度升溫至 1360°C并保持4h，再以40°C /h的速度降溫至1300°C，然后以0. 5°C /h的速度逐步降溫至 1260°C，每降低1°C保持1小時(shí)，最后以20°C /h的速度退火降溫至室溫，即得鈥鐿雙摻鈮酸 鉀鋰單晶。步驟一中所述氧化鐿的純度為99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述氧化鈥的純度為 99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述氧化鈮的純度為99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述碳酸鋰的 純度為99. 99% (質(zhì)量)，步驟一中所述碳酸鉀的純度為99. 99% (質(zhì)量)。本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的粉末的X射線衍射譜圖如圖5所示， 對(duì)照片PDF卡片可知，本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶是四方鎢青銅型晶體結(jié) 構(gòu)。本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶切片拋光后，進(jìn)行紫外-可見(jiàn)-近紅外 吸收光譜測(cè)試，得到的紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜如圖6所示，從圖6可以看出鈥鐿雙摻 鈮酸鉀鋰單晶在420nm、455nm、545nm、650nm和895nm處具有Ho3+離子的典型吸收帶，位于 420nm處的吸收帶1為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為420nm的光子從Ho3+的基態(tài)\躍遷到激 發(fā)態(tài)產(chǎn)生的，記為5I8 — 5G5,位于455nm處的吸收帶2為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為455nm 的光子從Ho3+的基態(tài)5I8躍遷到激發(fā)態(tài)5Q產(chǎn)生的，記為\ — 5G6,位于M5nm處的吸收帶3 為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為M5nm的光子從Ho3+的基態(tài)5I8躍遷到激發(fā)態(tài)5F4產(chǎn)生的，記為 5I8 — 5F4,位于650nm處的吸收帶4為Ho3+離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為650nm的光子從Ho3+的基態(tài) 5I8躍遷到激發(fā)態(tài)％產(chǎn)生的，記為5I8 — 5F5,位于895nm處的吸收帶5為Ho3+離子吸收一個(gè) 波長(zhǎng)為895nm的光子從Ho3+的基態(tài)\躍遷到激發(fā)態(tài)5I5產(chǎn)生的，記為\ — 5I5,吸收帶1、 2、3、4和5是Ho3+離子的典型吸收帶，位于975nm處的吸收帶6為鐿離子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為 975nm的光子從Yb3+的基態(tài)2F7/2躍遷到激發(fā)態(tài)2F5/2產(chǎn)生的，記為2F7/2 — 2F572 (Yb3+)，是Yb3+ 離子的典型吸收帶。這也表明了 Ho3+離子與離子已經(jīng)摻雜進(jìn)入到鈮酸鉀鋰中。
對(duì)本實(shí)施方式得到的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶切片拋光后，進(jìn)行975nm激發(fā)上轉(zhuǎn)換 熒光光譜測(cè)試，得到的975nm激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖如圖7所示，從圖7可以看出，利用 975nm半導(dǎo)體激光激發(fā)，鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶在M5nm處有綠色發(fā)光，在650nm處有紅色 發(fā)光。圖8是利用975nm半導(dǎo)體激光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲 線圖。圖中+表示M5nm處的綠色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線，+表示 650nm處的紅色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線，從圖8可以看出，上轉(zhuǎn)換熒光 強(qiáng)度的對(duì)數(shù)與入射激光功率的對(duì)數(shù)呈正比，綠色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲 線的斜率為1. 73，紅色發(fā)光熒光強(qiáng)度與入射激光功率的雙對(duì)數(shù)曲線的斜率為1. 42。從這兩 個(gè)斜率可以看出，紅光和綠光都是雙光子過(guò)程。
權(quán)利要求
1.鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶，其特征在于鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶是由氧化鐿、氧化鈥、氧 化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀制成的，其中氧化鐿與氧化鈥的摩爾比為1 0.5 8，氧化鐿與氧化 鈮的摩爾比為1 1263 1428，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 571 637，氧化鐿與碳 酸鉀的摩爾比為1 857 957。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶，其特征在于氧化鐿與氧化鈥的摩爾 比為1 1 7，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 1270 1400，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比 為1 580 625，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 865 950。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶，其特征在于氧化鐿與氧化鈥的摩爾 比為1 5，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 914，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 611，氧 化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 1331。
4.如權(quán)利要求1所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于鈥鐿雙摻鈮酸 鉀鋰單晶的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、稱取氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀并 混合均勻，然后放入瑪瑙研缽中研磨池 4h，得到混合粉末，其中氧化鐿與氧化鈥的摩爾 比為1 0. 5 8，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 1263 1似8，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比 為1 571 637，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 857 957 ；二、按無(wú)水乙醇與步驟一得 到的混合粉末的體積質(zhì)量比為2mL 5g的比例量取無(wú)水乙醇，然后將一半的無(wú)水乙醇加入 到步驟一得到的混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，然后將另一半無(wú)水乙醇 再加入到混合粉末中，在瑪瑙研缽中研磨至無(wú)水乙醇揮發(fā)，得到晶體生長(zhǎng)粉末原料；三、將 步驟二得到的晶體生長(zhǎng)粉末原料加入到鉬金坩堝中，再將鉬金坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，以 600C /h 150°C /h的速度升溫至940°C 980°C并保持4h 8h，得到鈮酸鉀鋰多晶；四、以 600C /h 150°C /h的速度升溫至1330°C 1380°C并保持4h 8h，再以10°C /h 30°C / h的速度降溫至1290°C 1310°C，得到均勻熔液；五、先程序降溫至1250°C 1270°C，再以 200C /h 80°C /h的速度退火降溫至室溫，即得鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶；其中步驟五中所 述的程序降溫為按0. 50C /h 1°C /h的速度均速降溫方式，或者是按0. 50C /h 1°C /h 的速度均速降溫并且每降低0. 5°C 1°C保持0. 5h Ih的降溫方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于步驟一中的 步驟一中的氧化鐿與氧化鈥的摩爾比為1 1 7，氧化鐿與氧化鈮的摩爾比為1 1270 1400，氧化鐿與碳酸鋰的摩爾比為1 580 625，氧化鐿與碳酸鉀的摩爾比為1 865 950。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于步驟一 中的氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀的混合粉末在瑪瑙研缽中研磨2. 5h 3. 5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于步驟三 中晶體生長(zhǎng)爐的升溫速度為70°C /h 140°C /h，溫度升至950°C 970°C，保溫時(shí)間為5h 7h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于步驟四 中以70°C /h 140°C /h的速度升溫至1340°C 1370°C并保持4. 5h 7. 5h，再以15°C / h 25°C /h的速度降溫至1295°C 1305°C，得到均勻熔液。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于步驟五 中先程序降溫至1255°C 1265°C，再以30°C /h 70°C /h的速度退火降溫至室溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶的制備方法，其特征在于步驟 五中的程序降溫為按0. 6°C /h 0. 9°C /h的速度均速降溫并且每降低0. 6°C 0. 9°C保持 0. 6h 0. 9h的降溫方式。
全文摘要
鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶及其制備方法，它涉及鈮酸鉀鋰單晶及其制備方法。本發(fā)明要解決目前尚沒(méi)有以鈮酸鉀鋰為基質(zhì)的頻率上轉(zhuǎn)換性能的材料的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶是由氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀制成；方法稱取氧化鐿、氧化鈥、氧化鈮、碳酸鋰和碳酸鉀并混合均勻，再研磨后放在坩堝中，在晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)先燒結(jié)得到鈮酸鉀鋰多晶，采用逐步降溫法，即得鈥鐿雙摻鈮酸鉀鋰單晶。本發(fā)明的單晶在975nm激光的激發(fā)下產(chǎn)生545nm綠光和650nm紅光，可用于頻率上轉(zhuǎn)換短波長(zhǎng)全固態(tài)激光器領(lǐng)域及太陽(yáng)能電池、彩色顯示和生物識(shí)別等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C30B29/30GK102140692SQ201110058798
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者周忠祥, 宮德維, 封雷, 李磊 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)