【摘 要】
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本论文以ZnO-Mg O-Al2O3-SiO2体系为研究对象,通过分别掺杂了过渡离子Co2+和稀土离子Nd3+,采用熔融法和热处理制备了透明微晶玻璃,研究了热处理工艺参数对微晶的形核与生长、微晶玻璃的组织结构和光学性能的影响。结果表明,热处理时间会影响微晶玻璃中尖晶石相的析晶程度,导致了更多掺杂离子聚集在尖晶石相中,进而影响微晶玻璃的光学性能。制备了Co2+离子掺杂的ZMAS体系的透明微晶玻璃,由
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本论文以ZnO-Mg O-Al2O3-SiO2体系为研究对象,通过分别掺杂了过渡离子Co2+和稀土离子Nd3+,采用熔融法和热处理制备了透明微晶玻璃,研究了热处理工艺参数对微晶的形核与生长、微晶玻璃的组织结构和光学性能的影响。结果表明,热处理时间会影响微晶玻璃中尖晶石相的析晶程度,导致了更多掺杂离子聚集在尖晶石相中,进而影响微晶玻璃的光学性能。制备了Co2+离子掺杂的ZMAS体系的透明微晶玻璃,由差热分析结果制定了基础玻璃的热处理制度。基于X射线衍射的结果确定了微晶玻璃的主要晶相为ZnAl2O4/Mg Al2O4,并且随着晶化处理时间的增加,微晶玻璃的物相构成没有发生明显变化,尖晶石相的结晶度和平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。通过测试样品的吸收光谱和发射光谱,分析了微晶玻璃的光学性能以及Co2+离子在尖晶石中的掺杂方式,研究发现吸收光谱和发射光谱均出现了基础玻璃不具备的四配位Co2+的4A2（4F）→4T1（4F）跃迁的宽吸收带和4T1（4P）→4A2（4F）跃迁发射峰,这表明Co2+离子进入了尖晶石相ZnAl2O4/Mg Al2O4中,并取代了四面体位置（Td）的Zn2+或Mg2+。随着晶化处理时间的增加,样品的吸收光谱强度和发射光谱强度均呈现先升高后降低的趋势,并且晶化处理4h的微晶玻璃表现出最好的吸收与发射性能。对比了采用不同价态Co的氧化物原料制备的微晶玻璃,表明无论是掺杂Co O还是Co2O3,在最终的微晶玻璃的尖晶石相中Co元素均以二价Co2+离子形式存在。此外,将所制备的微晶玻璃材料在1540nm处的基态吸收截面σgas同Co掺杂的其他基体材料进行了对比,发现它可以作为可饱和吸收体应用于调Q激光器中。制备了Nd3+离子掺杂的ZMAS体系的透明微晶玻璃,由差热分析结果制定了基础玻璃的热处理制度。基于X射线衍射的结果确定了微晶玻璃的主要晶相为ZnAl2O4/Mg Al2O4,次要晶相为Mg2Ti O4/Zn2Ti O4,并且随着晶化处理时间的增加,微晶玻璃的物相构成没有发生变化,尖晶石相的结晶度和平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。样品的吸收光谱表明,Nd3+进入尖晶石晶格并且占据了四面体位置（Td）的A位。样品的荧光光谱表明,与基础玻璃相比微晶玻璃样品的4F3/2→4IJ（J=9/2、11/2和13/2）发光强度明显提高,并且随热处理时间的增加呈现出先增加后降低的趋势,1.5h析晶处理的样品表现出最好的荧光性能,说明了Nd3+离子的发光强度与结晶程度密切相关。此外在1064nm附近表现出高强度的4F3/2→4F11/2发射跃迁,说明这种材料是一种潜在的激光材料。通过以上研究发现,微晶玻璃的结晶度会影响掺杂离子在微晶相中的浓度,进而可以通过控制微晶玻璃的析晶程度来调控光学性能,这对制备性能优良的微晶玻璃材料具有一定的指导意义。
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