稀土激光吸收剂
日期：2019-09-05 09:57
1.简介
稀土元素的电子结构和化学性质相近,因4f层电子数的不同,每种稀土元素又有其不同的性质,同一结构或体系的稀土材料可具有多种不同的物理和化学特性。随着研究者对稀士元素的不断认识和研究,稀土元素已经在光学材料、磁性材料、电子材料、生物材料、核材料等方面有着独特的应用。稀土元素是目前功能材料领域不可或缺的重要组分,是对合成和发明新材料具有战略意义的资源。
三价稀土离子的组态能级数可达3400个以上,密集的能级间产生的跃迁可形成广阔范围的光谱其吸收波段包含紫外以及红外区域;能级之间的跃迁除f组态和fd组态的跃迁外,还有fs、f电子跃迁。由于4f壳层受到外层5s25p°壳层的屏蔽作用,对场作用的反应不敏感,所以稀土离子能级的跃迁主要是、Fd组态的跃迁。因为受外壳层的影响,f壳层到其他组态的跃迁以带状吸收为主。如4→4-5d跃迁向高能方向移动,形成二价稀土离子的最低吸收带。二价钐离子(Sm2+)在可见光区内有吸收带,二价铕离子和二价镱离子(Eu2+和Yb2+)在紫外区内有吸收带。有变成四价离子趋势的三价铈离子、三价镨离子、三价铽离子(Ce3+、Pr3+、Tb3+),在紫外区有4f→5d跃迁吸收带。电荷迁移带吸收是由配体电荷迁移到稀土离子,稀土离子和配体空穴形成电荷迁移态的吸收行为,为宽带吸收光谱,如4f→4F+1L-1,L为配体,电荷迁移带随氧化态增加向低能方向移动,形成四价稀土离子的最低吸收带,如CelPr4、Tb4+。铽掺杂的氧化钇(Y2O3:Tb4+)发橘黄色光就是因为电荷迁移吸收处于可见光区。有变成二价离子趋势的三价钐离子、三价铕离子、三价镱离子(Sm3+,Eu2、Yb2+),在紫外光区有电荷迁移吸收带。在电负性较小的硫化物中,三价钕离子、三价镝离子、三价钬离子、三价铒离子、三价铥离子(Nd+、Dy3、Ho3+、Er3和Tm3)的吸收峰位于30000m-1近。利用稀土离子具有丰富的能级,其4「电子层在f组态之内或者fd组态之间的跃迁来达到对特定波长的激光强吸收的效果,实现对1.0m激光隐身的同时兼容红外等其他波段的隐身。
三价稀土离子的组态能级数可达3400个以上,密集的能级间产生的跃迁可形成广阔范围的光谱其吸收波段包含紫外以及红外区域;能级之间的跃迁除f组态和fd组态的跃迁外,还有fs、f电子跃迁。由于4f壳层受到外层5s25p°壳层的屏蔽作用,对场作用的反应不敏感,所以稀土离子能级的跃迁主要是、Fd组态的跃迁。因为受外壳层的影响,f壳层到其他组态的跃迁以带状吸收为主。如4→4-5d跃迁向高能方向移动,形成二价稀土离子的最低吸收带。二价钐离子(Sm2+)在可见光区内有吸收带,二价铕离子和二价镱离子(Eu2+和Yb2+)在紫外区内有吸收带。有变成四价离子趋势的三价铈离子、三价镨离子、三价铽离子(Ce3+、Pr3+、Tb3+),在紫外区有4f→5d跃迁吸收带。电荷迁移带吸收是由配体电荷迁移到稀土离子,稀土离子和配体空穴形成电荷迁移态的吸收行为,为宽带吸收光谱,如4f→4F+1L-1,L为配体,电荷迁移带随氧化态增加向低能方向移动,形成四价稀土离子的最低吸收带,如CelPr4、Tb4+。铽掺杂的氧化钇(Y2O3:Tb4+)发橘黄色光就是因为电荷迁移吸收处于可见光区。有变成二价离子趋势的三价钐离子、三价铕离子、三价镱离子(Sm3+,Eu2、Yb2+),在紫外光区有电荷迁移吸收带。在电负性较小的硫化物中,三价钕离子、三价镝离子、三价钬离子、三价铒离子、三价铥离子(Nd+、Dy3、Ho3+、Er3和Tm3)的吸收峰位于30000m-1近。利用稀土离子具有丰富的能级,其4「电子层在f组态之内或者fd组态之间的跃迁来达到对特定波长的激光强吸收的效果,实现对1.0m激光隐身的同时兼容红外等其他波段的隐身。
2.含钐体系的激光隐身材料
采用溶胶凝胶燃烧法合成了前驱体,将前驱体在不同温度下煅烧,最终合成了硼酸钐(SmBO2)粉体,SmBO2粉体在1.05~1.15gm波长范围,由于Sm3中的电子被激发,由H52基态向F2激发态发生跃迁,对光存在较强的吸收,在1.07m波长附近反射率达最低值,约为0.41%,而在1.06m波长处反射率约为0.6%。对轻、重稀土对SmBO3的掺杂、SmBO3不同的颗粒度、SmBO3的品型转变等对1.06m波长激光的反射率的影响做了进一步的研究。图6-12表明4种掺杂的轻稀土离子中,Ce3+对SmBO3的反射率有微小的降低,且能使反射率的最低点蓝移和煅烧温度降低。重稀土掺杂对SmBO3的反射率有不利的影响,虽会对反射率的最低点产生蓝移,但是因六方相的红移导致掺杂的蓝移效果减弱图1为不同粒度尺寸的反射率谱图,表明当SmBO3粉体的粒度尺寸600nm左右时,SmBO3对1.06mm激光的吸收率最低。由图2不同晶型的SmBO3的反射率谱图可知,三斜晶型SmBO3的反射率较六方晶型SmBO3的反射率要低,其中三斜晶型的SmBO3粉体在1.06m激光波长处的反射率约为0.6%,而六方晶型的SmBO3粉体在1.06m激光波长处的反射率约为0.7%,晶型的不同使六方相SmBO3的吸收峰位置向长波长方向红移约12nm,导致吸收峰的最低点更加偏离1.06μm。
综合以上研究,要进一步提高SmBO3粉体对1.06m激光的吸收性能,可以考虑对其进行轻稀土掺杂、保证其颗粒度在6onm左右、控制煅烧温度使其最终形成三斜相的晶型。采用柠檬酸溶胶-凝胶法,并在不同温度下煅烧2h后成功制备了铝酸(SmAO3)粉体。对不同温度下粉体的1.06gm激光吸收性能进行了表征,发现在900℃下煅烧的粉体的反射率最低,研究表明SmAO3有望作为1.06m激光防护的潜在材料,采用固相法,在1250℃时制得了颗粒尺寸为2~4Pm的单一相橙红色铁酸(SmFO)粉体,所得到的SmF粉体在10m波长处的反射率为0.31%,具有较好的激光吸收性能。
上一篇：ErFeo3高强激光吸收剂
下一篇：钇体系的激光隐身材料