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原文DOI：10.15541/jim20240322
引用本文：
YE J H, ZHOU Z Z, HU C, et al. Microstructure and Optical Properties of Yb:Sc2O3 Transparent Ceramics Fabricated from Co-precipitated Nano-powders. J. Inorg. Mater., DOI: 10.15541/jim20240322.
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采用共沉淀法制备了分散性好、平均晶粒尺寸为29 nm的立方相5 at.% Yb:Sc2O3纳米粉体，并采用真空预烧结和热等静压(HIP)后处理制备了光学质量良好的5%Yb:Sc2O3透明陶瓷。1550 ℃真空预烧结合HIP后处理的Yb:Sc2O3陶瓷在1100 nm处的直线透过率可达78.1%(理论值为80%)，最小粒子数反转参数β和发光衰减时间分别为0.041和0.49 ms。
研究背景
Sc2O3作为固体激光增益基质材料，具有热导率高、抗热震性能优秀、与激活离子匹配性好等优点，在高功率固体激光应用中有着广阔的前景。在高功率固体激光应用中，增益介质的光学质量是主要的性能要求，而目前，Yb掺杂的Sc2O3陶瓷的光学质量还需进一步优化。通过液相共沉淀法自主合成纳米粉体，结合真空预烧和HIP后处理制备透明陶瓷是改善Yb:Sc2O3陶瓷光学质量的有效策略。
本文亮点
采用共沉淀法制备了分散性好、烧结活性高的立方相5 at.% Yb:Sc2O3纳米粉体。设计真空预烧温度梯度对陶瓷的微结构进行调控，结合HIP后处理实现了陶瓷内部气孔的有效排出，并有效降低陶瓷最佳真空预烧温度至1550 ℃。
图文导读
共沉淀法制备的前驱体和煅烧粉体的FESEM显微照片
本文采用共沉淀法制备了分散性好、平均晶粒尺寸为29 nm的立方相5 at.% Yb:Sc2O3纳米粉体。通过设计真空预烧温度梯度对陶瓷的微结构进行调控，详细研究了真空预烧温度(1500~1700 ℃)对Yb:Sc2O3陶瓷的致密化过程、微观结构变化以及光学透过率的影响。
结果表明，所有样品均具有均匀的微观结构，且随着烧结温度的升高，样品的平均晶粒尺寸增大。
不同真空预烧温度的5 at.% Yb:Sc2O3陶瓷的热腐蚀表面FESEM形貌照片以及平均晶粒尺寸和相对密度曲线
不同真空预烧温度结合HIP后处理制备的5 at.% Yb:Sc2O3陶瓷的热腐蚀表面FESEM形貌照片以及平均晶粒尺寸和相对密度曲线
1550 ℃真空预烧结合HIP后处理的Yb:Sc2O3陶瓷具有最佳的光学质量，其在1100 nm处的直线透过率达78.1%(理论值为80%)。同时，对Yb:Sc2O3透明陶瓷的光谱性能进行评估，5 at.% Yb:Sc2O3透明陶瓷的最小粒子数反转参数β和发光衰减时间分别为0.041和0.49 ms。
5 at.% Yb:Sc2O3透明陶瓷的直线透过率和实物照片
总结与展望
本工作以共沉淀纳米粉体为原料并将真空预烧结和HIP后处理结合制备得到了光学质量良好的Yb:Sc2O3透明陶瓷，提供了一种研制高功率固体激光用Yb:Sc2O3透明陶瓷的制备方法，证明了自主合成高烧结活性粉体结合陶瓷微结构调控能有效改善陶瓷材料的光学质量，对后续高光学质量Yb:Sc2O3透明陶瓷的研制具有指导意义。
同行评议
This work reported the microstructure and optical properties of Yb:Sc2O3 transparent ceramics fabricated from co-precipitated nano-powders and vacuum pre-sintering with HIP post-treatment. The optimum in-line transmittance of Yb:Sc2O3 ceramic reaches 78.1% at 1100 nm, which is promising for solid-state laser application. This work is novel and significant.
作者简介
通讯作者：李江，男，工学博士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师，国家重点研发计划项目首席科学家。现任Journal of Advanced Ceramics副主编、《无机材料学报》副主编、美国陶瓷学会期刊Journal of the American Ceramic Society和International Journal of Applied Ceramic Technology副编辑（Associate editor）、Magnetochemistry、《现代技术陶瓷》、《人工晶体学报》、《功能材料与器件学报》等期刊的编委。目前主要从事光学与光功能透明陶瓷（包括：激光陶瓷、闪烁陶瓷、磁光陶瓷、照明/显示用荧光陶瓷、长余辉发光陶瓷等）的基础与应用研究。连续4年入选美国斯坦福大学发布的“生涯科学影响力排行榜”（全球前2%顶尖科学家榜单）。受邀在国内外重要学术会议上作邀请报告60余次（20余次担任分会主席）。以项目负责人承担国家及省部级项目20余项。迄今在国内外重要学术期刊上发表论文446篇（其中第一作者及通讯作者275篇）；合著科学出版社专著《高温结构陶瓷研究浅论》和《先进光功能透明陶瓷》2部；合译高等教育出版社专著《发光材料》1部；参与2部英文专著部分章节的撰写；参与高等学校教材《无机非金属材料工学》第19章《透明陶瓷》的编写；申请中国发明专利50余项（其中授权25项）。
E-mail: lijiang@mail.sic.ac.cn
第一作者：叶君豪，男，中国科学院上海硅酸盐研究所在读硕士研究生。2022年本科毕业于四川大学物理学院，获理学学士学位，大学期间获得四川大学“校一等奖学金”。攻读硕士期间的研究方向为高功率、短脉冲固体激光用的倍半氧化物透明陶瓷的可控制备与性能研究。
E-mail: yejunhao22@mails.ucas.ac.cn
期刊介绍
《无机材料学报》创刊于 1986 年，主要报道包括结构陶瓷材料、信息功能材料、能源与环境材料、生物材料等方面的最新研究成果 , 设有综述、研究论文和研究快报(英文)版块，目前已被SCI-E、EI、Scopus、CA、CSTPCD、CSCD、CNKI、CJCR等数据库收录，入选 “高质量科技期刊分级目录——材料科学-综合类”T1区和“无机非金属领域高质量科技期刊分级目录” T1区期刊。
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