掺杂稀土锗镓酸盐RE_xLn_1-xGaGe₂O₇发光材料及其熔体法晶体生长方法

专利名称：掺杂稀土锗镓酸盐RE_xLn_1-xGaGe₂O₇发光材料及其熔体法晶体生长方法
技术领域：
本发明涉及发光材料和晶体生长领域，具体涉及稀土元素Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、 Ho、Tm, Yb和非稀土元素Cr、Ti、Bi掺杂的RExLrvxGaGe2O7发光材料，以及它们的熔体法晶 体生长方法。
背景技术：
发展新型激光材料是推动固体激光技术进步的重要基础，而发光材料在显示领域 有重要而广泛的应用。稀土锗镓酸盐作为激光材料的具有如下优点(1)掺杂激活离子与 基质中被替换的离子都是稀土离子，容易替换掺杂进入单一发光中心且能够实现较大浓度 掺杂甚至全掺杂；( 稀土锗镓酸盐的熔点比较低，有利提拉法单晶生长。A.A.KaminSk[1] 等人合成了系列稀土锗镓酸盐(LnGaGii2O7，Ln = La，Pr, Nd, Sm, Eu，Gd，Tb，Dy，空间群 No. 14， P 2jc)，并用提拉法生长LaGaGe2O7和GdGaGe2O7单晶，并研究了 Nd3+掺杂的LnfeiGe207(Ln =La，Gd)的光谱性能。本发明主要以LaGaGe207、GdGaGe207为基质，在其中掺入^nShkEu、 Tb、Dy、Er、H0、TmJb、Cr、Ti、Bi作为激活离子，获得发光材料，它们有望成为新型的激光材 料。

发明内容
本发明的目的是提供掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料及其熔体法晶体 生长方法，本发明主要以LaGaGe207、GdGaGe2O7为基质，在其中掺入Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、 Ho、TmJb、Cr、Ti、Bi作为激活离子，获得发光材料，获得性能优良的发光材料，可用于显示、 照明和固体激光中。本发明的技术和实施方案如下掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料，其特征在于化合物分子式可表示为 RExLrvxGaGe2O7，RE 代表稀土元素 Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、Ho、Tm、Yb，以及非稀土元素 Cr、Ti、 Bi，Ln代表稀土元素La、Gd，χ的取值范围为0. 0001彡χ彡0. 5。所述的掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料的熔体法晶体生长方法，其特 征在于包括以下步骤(1)当RE不为Tb时，采用RE203、Ln203、G￡i203、GeA作为原料，按如下化合式进行配
料，将配料充分混合均勻后，在高温下发生固相反应，获得生长晶体所需的多晶原料
权利要求
1.掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料，其特征在于化合物分子式可表示为 RExLrvxGaGe2O7，RE 代表稀土元素 Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、Ho、Tm、Yb，以及非稀土元素 Cr、Ti、 Bi，Ln代表稀土元素La、Gd，χ的取值范围为0. 0001彡χ彡0. 5。
2.如权利要求1所述的掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料的熔体法晶体生长 方法，其特征在于包括以下步骤(1)当RE不为Tb时，采用RE203、Ln203>Ga203> GeO2作为原料，按如下化合式进行配料， 将配料充分混合均勻后，在高温下发生固相反应，获得生长晶体所需的多晶原料0.5xRE203+0.5(1-x) Ln2O3 + 0.5Ga203+2Ge02 難 > RExLn^xGaGe2O7 ；(2)当RE为1 时，采用Tb407、Ln203>Ga203> GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，将 配料充分混合均勻后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料0.25x Tb407+0.5(l-x) Ln2O3 + 0.5Ga203+2Ge02 難 > TbxLn^xGaGe2O7 +0.125x02 ；(3)熔体法晶体生长中存在杂质分凝效应，生长出的晶体成分和配料成分会有差别，但 各组分的剂量在所述的化合物分子式指明的范围之内；(4)原料的压制和烧结，获得晶体生长初始原料需要对(1)42)中配好的原料进行压 制和烧结，压制成形；烧结温度在750-1700°C之间，烧结时间为10-72小时；或者压制成形 后的原料不经额外烧结而直接用作生长晶体原料；(5)把晶体生长初始原料放人生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔 体；然后采用熔体法晶体生长工艺——提拉法、坩埚下降法、温梯法或热交换晶体生长方法 进行生长。
3.如权利要求2所述的掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7的熔体法晶体生长方法，其 特征在于不采用籽晶定向生长，或者采用籽晶定向生长；对于采用籽晶定向生长，籽晶为 RExLrvxGaGi52O7单晶或LnGaGi52O7单晶，籽晶方向为晶体的[100],
或
方向，以及 其它任意方向。
4.如权利要求2所述的掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料的熔体法晶体生长 方法，其特征在于所述配料中，所用原料Tb407、RE203、Ln203、G￡i203、GeO2,可采用相应的Tb、 RE、Ln, Ga、Ge的其它化合物代替，原料合成方法包括高温固相反应、液相合成、气相合成方 法，但需满足能通过化学反应能最终形成化合物RExLrvxGaGii2O7这一条件。
5.如权利要求2所述的掺杂稀土锗镓酸盐RExLrvxGaGe2O7发光材料的熔体法晶体生长 方法，其特征在于由于晶体生长过程中的存在组分分凝效应，设所述RExLrvxGaGe2O7晶体 中某种元素的分凝系数为k，k = 0.01-1，则当所述的(1)-(2)步骤中Tb、RE、LruGa、Ge的 化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中应调整为W/k。
全文摘要
本发明公开了RE掺杂(RE＝Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、Ho、Tm、Yb、Cr、Ti、Bi)的LnGaGe2O7(Ln＝La、Gd)发光材料，以及它们的熔体法晶体生长方法，其掺杂原子百分比浓度为0.01～50％。按比例配制好的原料经充分混合、压制成形、高温烧结后，成为晶体生长的起始原料；生长起始原料放入坩埚经加热充分熔化后，成为熔体法生长的初始熔体，然后可用熔体法如提拉法、坩埚下降法、温梯法及其它熔体法来进行生长；本发明的发光材料可用于显示、照明及激固体激光技术等领域。
文档编号C09K11/80GK102071463SQ201110003278
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月8日 优先权日2011年1月8日
发明者刘文鹏, 孙敦陆, 宁凯杰, 张庆礼, 殷绍唐, 罗建乔 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所