钇铝石榴石（Y₃Al₅O₁2,YAG）是一种重要的功能性材料,在民用领域拥有非常广泛的应用,在国防科技领域占据非常重要的地位。作为激光增益介质,掺杂Nd³⁺离子YAG透明激光陶瓷的很多性能优于Nd:YAG激光晶体,是高功率激光器重要备选材料。并且,稀土离子掺杂YAG荧光粉,可用于LED光源照明。光的高透过率是实现Nd:YAG陶瓷激光性能的基本条件。而陶瓷的显微结构,特别是晶粒尺寸、晶界结构和气孔是影响陶瓷透明度最根本因素。在激光陶瓷制备过程中,除了纳米粉体的形貌、尺寸以及烧结工艺对陶瓷显微结构具有重要影响之外,在原料中添加助烧剂可以实现对显微结构调控。尽管大量文献对助烧剂对透明激光陶瓷的结构与性能的影响进行了研究,但对于两种助烧剂协同作用的研究较少。稀土掺杂YAG纳米荧光粉体的尺寸、形貌和结晶程度直接影响其荧光性能。固相烧结法合成的粉体结晶性好,荧光量子效率高,但因为颗粒大,荧光粉应用困难;液相纳米合成法合成的粉体颗粒尺寸小,但其结晶度差,荧光效率低。现有纳米粉体制备技术无法实现纯度高、形貌和粒径可控、结晶性高、分散性好的纳米荧光粉体。因此,本论文研究以稀土掺杂YAG材料为主要研究对象,通过对YAG材料制备技术的研究,实现Nd:YAG透明激光陶瓷的显微结构调控和YAG:Ce纳米棒的可控制备。本论文主要研究工作和结论如下:1.正硅酸乙酯（TEOS）和柠檬酸镁（MC）的协同作用对Nd:YAG透明陶瓷微观结构的调控和性能提升（1）在Nd:YAG透明陶瓷制备过程中添加TEOS和MC作为助烧剂,调节其添加比例,实现对陶瓷晶粒大小、粒度分布和晶胞参数等微观结构调控。在TEOS与MC合理配比下,使其产生协同作用,促进微缺陷排除和烧结周期优化,使透明陶瓷的透过率提高并产出高功率激光。在Nd³⁺掺杂量为2 at.%的YAG透明陶瓷中添加TEOS与MC配比为2:1的助烧剂,可以得到晶粒尺寸适中且粒径分布集中、无气孔、无杂相、晶格结构平衡稳定的透明陶瓷。共掺7.5 wt.%a TEOS与3.75 wt.‰MC的2 at.%Nd:YAG透明陶瓷是最优样品,光学透过率在1064 nm波长处为83.7%,在400 nm波长处为79.2%,并且其具有0.3 W的低激光输出阈值,在约8.5 W功率808 nm波长泵浦光下输出功率超过2 W的1064 nm激光,其激光输出斜效率为25.2%。（2）研究不同配比助烧剂,样品微观结构和透明陶瓷性能之间的关系,并给出助烧剂协同作用的机理。TEOS和MC助烧剂对陶瓷微观结构的作用实质是Si⁴⁺和Mg²⁺离子对Nd:YAG中Al³⁺的取代。这种取代促进陶瓷致密化进程,同时协调陶瓷晶粒大小。然而,Si⁴⁺、Mg²⁺和Al³⁺的离子半径不一样并且价态也有差别,这导致阳离子和氧离子空位及电荷的不平衡,并导致晶格微畸变和晶格结构的不稳定。在定量情况下,适当调节Si⁴⁺和Mg²⁺的比例,可以使电荷相互补偿、空位相互抵消、消除不平衡状态,最终获得优异的Nd:YAG陶瓷。复合助烧剂的合理使用、协同作用和作用机理研究,为透明陶瓷性能提升和量化制备提供了思路。2.YAG纳米粉体的可控制备及其核-壳结构前驱体形成机理的研究（1）以Al₂O₃纳米粉为模板和Al源,Y³⁺溶液为Y源,尿素（Urea）为沉淀剂,采用半液相法制备具有Al₂O₃/Y-compound核-壳结构的YAG纳米前驱体,经过煅烧制得尺寸均匀、成分单一、结晶性良好、分散性极佳、烧结活性好的球形YAG纳米粉体。并由此粉体烧结得到YAG透明陶瓷。通过XRD、SEM、TEM和FTIR等表征测试手段证实Al₂O₃/Y-compound核-壳结构及其演变过程。（2）通过添加表面活性剂和调节反应的沉淀速度,改变YAG前驱体的制备条件,讨论核-壳结构前驱体的形成机理。在反应体系中,当在A1₂O₃纳米颗粒上引入表面活性剂后,使其表面带负电荷,而Y-compound沉淀微核表面也带负电荷,由于静电排斥,Y-compound将无法组装包覆在Al₂O₃纳米颗粒上。而在没有表面活性剂的反应体系中,Al₂O₃纳米颗粒表面带正电荷,在静电吸引的作用下Y-compound将预包覆Al₂O₃纳米颗粒。所以静电作用是核-壳结构形成的一个驱动力。采用NH₄HCO₃代替尿素作为沉淀剂来减缓反应的沉淀速度。NH₄HC0₃的顺序滴加有利于Y-compound沉淀微核自组装并逐步长大成纳米颗粒,Y-compound沉淀与Al₂O₃纳米颗粒分离,将不会形成核-壳结构。而尿素在反应之前要在反应体系中充分溶解均匀,待体系达到其分解条件时（温度达到83℃以上）,尿素会瞬间完全分解出大量负离子基团（HCO₃-、OH-等）,这些负离子基团在整个反应体系内与Y³⁺结合生成过饱和量的Y-compound微核（爆发成核过程）。"爆发成核"得到的前驱体纳米颗粒的高表面能是Al₂O₃/Y-compound核壳结构形成的驱动力。这种半液相法制备核-壳结构前驱体的方法和机理,可以用于其它二元氧化物纳米粉体的可控制备。3.半液相法制备纳米棒状YAG:Ce荧光粉及其机理研究与应用（1）首次以半液相法为主要制备方法合成一维纳米棒状YAG:Ce荧光粉。采用水热法调控合成一维棒状NH₄Al（OH）₂CO₃并通过煅烧得到结晶性和分散性良好的纳米棒状Al₂O₃颗粒。以纳米棒状Al₂O₃颗粒为模板和A1源,Y³⁺溶液为Y源,尿素为沉淀剂,采用半液相法制备具有核-壳结构的纳米棒状YAG前驱体,经煅烧得到直径为250-400 nm长度为3-5 μm的纳米棒状YAG:Ce荧光粉。所制备的纳米棒状荧光粉分散性好,结晶性高,具有相对大的比表面积和非常少的表面缺陷。采用XRD、SEM、TEM等表征测试手段揭示纳米棒状荧光粉的形成过程和成型机理。（2）一维纳米棒状YAG:Ce荧光粉的荧光性能优于相同Ce³⁺掺杂量的纳米球状YAG:Ce荧光粉。纳米棒状YAG:2at.%Ce³⁺荧光粉的荧光量子产率（QY）为40.12%。虽然纳米棒状荧光粉的比表面积比纳米球状荧光粉的比表面积小,但是纳米棒状荧光粉的结晶性好,表面缺陷少,这是其荧光强度高的原因。并且,由于其特殊的棒状结构,纳米棒状荧光粉具有两个荧光寿命,一个对应其本体特征的长寿命和一个对应其缺陷特征的短寿命。用纳米棒状YAG:Ce荧光粉标记骨髓间充质干细胞,表现出良好的生物相容性和荧光稳定性。开拓了 YAG:Ce荧光粉的应用领域,显示其重要的应用价值。