【摘 要】
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含锂石榴石体系LixLn3M2O12因具有较高的对称性,较高的稀土离子浓度等优点,有望成为性能优异的新型磁光材料。本文首次将含锂石榴石体系LixLn3M2O12应用到磁光材料领域,开展了Li5Pr3Ta2O12和Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12晶体的高纯多晶原料合成、晶体生长、磁性及磁光性能研究。采用高温固相法合成了立方相Li5Pr3Ta2O12高纯多晶原料,探索了熔盐法生长Li5
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含锂石榴石体系LixLn3M2O12因具有较高的对称性,较高的稀土离子浓度等优点,有望成为性能优异的新型磁光材料。本文首次将含锂石榴石体系LixLn3M2O12应用到磁光材料领域,开展了Li5Pr3Ta2O12和Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12晶体的高纯多晶原料合成、晶体生长、磁性及磁光性能研究。采用高温固相法合成了立方相Li5Pr3Ta2O12高纯多晶原料,探索了熔盐法生长Li5Pr3Ta2O12晶体的助熔剂体系,绘制了Pr2O3-Ta2O5-Li2O赝三元体系相图。采用Rietveld法对Li5Pr3Ta2O12晶体进行了结构精修,探讨了离子在晶体结构中的占位情况,确定了实验所获得的Li5Pr3Ta2O12晶体属立方相的石榴石结构,空间群为Ia 3 d。通过SEM分析了晶体的形貌,并通过EDS扫描确定了Li5Pr3Ta2O12晶体的组分。XPS价态分析表明,熔盐法所生长的Li5Pr3Ta2O12晶体中基本不含有Pr4+离子。测试分析了Li5Pr3Ta2O12晶体的紫外可见漫反射光谱,结果表明该晶体的紫外吸收边约为300 nm,有望在近紫外光区获得磁光应用。初步探索了Zr4+的掺杂浓度对Li（5+x）Pr3Ta（2-x）ZrxO12体系一致熔融的影响规律。通过试熔实验表明,当x=1.0和x=1.2时Li（5+x）Pr3Ta（2-x）ZrxO12为一致熔融。同时,论文采用缓冷法生长出了块状晶体。通过EDS分析确定了所生长晶体化学组成为Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12,并用SEM分析了晶体的内部缺陷。用Rietveld法对晶体进行了结构精修,确定了Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12晶体为立方相,空间群为Ia3 d。通过变温磁化率的测定,研究分析了Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12晶体的低温磁性,并计算得到晶体的有效离子磁矩μeff≈3.56μB,与理论值接近。采用XPS分析了晶体内部离子价态,未发现Pr4+离子及明显氧缺陷。测试分析了Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12晶体在250～1400 nm波长范围内的透过性能,结果表明,其紫外截止波长约为300 nm,除Pr3+的~3H4→~3PJ（450～500 nm）、~3H4→~1D2（565～615 nm）,以及~3H4→~1G4（1100 nm附近）跃迁吸收外,并无其它明显的特征吸收,总体透过率较高。采用消光法测试了Li5.95Pr3Ta1.05Zr0.95O12晶体的法拉第旋转,并计算得到其费尔德常数V仅略小于TGG晶体,约为Pr F3晶体的1.3倍,有望成为近紫外-可见-近红外波段新型的磁光候选晶体。
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