一种铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料及其晶体生长方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发光材料和晶体生长技术领域，尤其涉及一种铬、铥、钬掺杂钽酸钆发 光材料及其晶体生长方法。
【背景技术】
[0002] 在低对称性的晶体中，对于处于低对称性的发光激活离子如稀土离子Ho3+、过渡族 离子Cr3+来说，低对称性有利于解除跃迀宇称禁戒，增强发光效率，同时低对称性晶体有各 向异性物理性质，利用其作为激光工作物质时可直接获得偏振激光。钽酸钆属于单斜晶系， 其中Gd离子的格位对称性为C 2，当掺杂激活离子替代Gd离子的格位时，激活离子将占据(：2对 称格位，有利于晶场能级分裂加宽及发光跃迀的宇称禁戒解除，提高发光效率，有望用作荧 光和激光材料，在显示、激光技术等领域获得应用。
【发明内容】
[0003] 本发明提出了一种铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料及其晶体生长方法，获得性能优 良的发光材料，有望用于显示和激光技术领域。
[0004] 本发明提出的一种铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料，具有以下化学式组成： CrxTmyHozGdi-x-y- zTa〇4,其中 0<χ<0·2,0·0001 <y <0·1，0·0001 <z <0.1。
[0005] 本发明还提出的上述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，包括如下步 骤：
[0006] S1、将含铬化合物、含铥化合物、含钬化合物、含钆化合物、含钽化合物混合均匀 后，进行合成反应得到化学式为CrxTmyHozGcUmTaCk的多晶原料；
[0007] S2、将化学式为CrxTmyHozGcbty-zTaCk的多晶原料进行压制得到生长晶体原料；
[0008] S3、将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用熔体法晶 体生长方法进行生长得到铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料。
[0009] 优选地，S1中，合成反应为高温固相反应、液相合成或气相合成。
[00? 0] 优选地，S1的具体操作如下：按摩尔份将X份Cr2〇3、y份Tm2〇3、z份H02O3、（ l-x-y-ζ) 份Gd203和1份Ta205混合均匀后，升温至1500~1600°C进行固相反应得到化学式为 CrxTmyHozGcU-X-y-zTa〇4的多晶原料；
[0011]其反应方程式如下：
[0012]优选地，S2的具体操作步骤为:将化学式为CrxTmyHozGcU-X-y- zTa〇4的多晶原料进行 压制，然后烧结得到生长晶体原料，烧结温度为1500~1600°C，烧结时间为10~96h。
[0013] 优选地，S3中，熔体法晶体生长方法为提拉法、坩埚下降法、温梯法、热交换法、泡 生法、顶部籽晶法、助熔剂晶体生长方法中的一种。
[0014] 优选地，S3中，当熔体法晶体生长方法为提拉法、坩埚下降法或顶部籽晶法时，采 用籽晶定向生长，籽晶为CrxTmyHozGcU-x-y-zTa〇4或GdTa〇4单晶。
[0015] 优选地，籽晶方向为〈100>、〈010>或〈001>方向。
[0016]优选地，当铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料中某种元素的分凝系数为k，k = 0.01~ 71X: .Μ 1，则rn = ，其中m为S1中含该元素化合物的质量，η为该元素在CrxTmyHozGcUmTaCk中 所含物质的量，Μ为含该元素化合物的摩尔质量。
[0017] 本发明所得CrxTmyHozGdi-X- y-zTa〇4可用作发光显示材料、2μηι激光工作物质等。
【具体实施方式】
[0018] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0019] 实施例1
[0020] 本发明还提出的上述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，包括如下步 骤：
[0021] S1、按摩尔份将 0 · 02 份 Cr2〇3、0 · 03 份 Tm2〇3、0 · 005份 Η〇2〇3、0 · 945份 Gd2〇3 和1 份 Ta2〇5 混合均勾后，升温至1550 °C进行固相反应得到化学式为CmTmo.raHoo. 〇〇5Gd().945Ta〇4的多晶 原料；
[0022]其反应方程式如下：
[0023] S2、将化学式为CmTmo.osHoo.t^Gdo.i^TaCk的多晶原料进行压制，然后烧结得到 生长晶体原料，烧结温度为1550°C，烧结时间为56h;
[0024] S3、将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用提拉法进 行轩晶定向生长得到络、镑、钦惨杂组酸发光材料，轩晶为Cr〇.Q2Tm().()3H〇().()()5Gd().945Ta〇4单 晶，籽晶方向为〈1〇〇>方向。
[0025] 实施例2
[0026] 本发明还提出的上述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，包括如下步 骤：
[0027] S1、按摩尔份将0.2份Cr2〇3、1 份Tm2〇3、〇. 1份H〇2〇3、〇. 6份 Gd2〇3 和1 份Ta2〇5 混合均匀 后，升温至1590 °C进行固相反应得到化学式为CrQ. 2Tm〇.曲〇. iGdo. 6Ta〇4的多晶原料，其中Tm 元素的分凝系数为0.1;
[0028] 其反应方程式如下：
[0029] S2、将化学式为CruTmuHouGUaCk的多晶原料进行压制，然后烧结得到生长 晶体原料，烧结温度为1530 °C，烧结时间为90h;
[0030] S3、将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用坩埚下降 法进行轩晶定向生长得到络、镑、钦惨杂组酸发光材料，轩晶为CrQ.2Tm〇.iH〇().iGd().6Ta〇4单 晶，籽晶方向为〈〇1〇>方向。
[0031] 实施例3
[0032]本发明还提出的上述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，包括如下步 骤：
[0033] 51、按摩尔份将0.1份〇2〇3、0.0001份1'1112〇3、0.01份11〇2〇3、0.8998份6(12〇3和1份 Ta2〇5混合均勾后，升温至1520 °C进行固相反应得到化学式为Cro. lTmo. qqqiHoq. (woiGdo. 8998Ta〇4 的多晶原料，其中Ho元素的分凝系数为0.01;其反应方程式如下：
[0034] S2、将化学式为Cro. lTmo. qqqiHoq. QQQiGdo.8998Ta〇4的多晶原料进彳丁压制，然后烧结得 到生长晶体原料，烧结温度为1580 °C，烧结时间为15h;
[0035] S3、将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用顶部籽晶 法进行籽晶定向生长得到铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料，籽晶为GdTa0 4单晶，籽晶方向为〈 〇〇1>方向。
[0036] 实施例4
[0037] 本发明还提出的上述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，包括如下步 骤：
[0038] S1、按摩尔份将0.1 份Cr2〇3、0.01 份Tm2〇3、0.01 份 Η〇2〇3、0·93份 Gd2〇3 和 1 份Ta2〇5 混 合均勾后，升温至1580°C进行固相反应得到化学式为Cr〇.〇5Tm().()iH〇().()iGd().93Ta〇4的多晶原 料，其中Cr元素的分凝系数为0.5;
[0039] 其反应方程式如下：
[0040] S2、将化学式为CmTmo.tnHoo.tnGdo^TaCk的多晶原料进行压制得到生长晶体原 料；
[0041] S3、将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用热交换法 进行生长得到铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料。
[0042]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料，其特征在于，具有以下化学式组成:CrxTm yH〇zGd 1-x-y-zTa〇4,其中0<χ<0·2,0·0001 <0·1，0·0001 <0.1。2. -种如权利要求1所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特征在于， 包括如下步骤： 51、 将含铬化合物、含铥化合物、含钬化合物、含钆化合物、含钽化合物混合均匀后，进 行合成反应得到化学式为CrxTmyHozGcUmTaOa的多晶原料； 52、 将化学式为CrxTmyHozGcUty-zTaOa的多晶原料进行压制得到生长晶体原料； 53、 将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用熔体法晶体生 长方法进行生长得到铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料。3. 根据权利要求2所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特征在于，S1 中，合成反应为高温固相反应、液相合成或气相合成。4. 根据权利要求2或3所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特征在 于，S1的具体操作如下：按摩尔份将X份Cr2〇3、y份Tm2〇3、z份H02O3、（ Ι-χ-y-z)份Gd2〇3和1份 丁32〇5混合均匀后，升温至1500~1600°C进行固相反应得到化学式为CrxTmyHozGcU- x-y-zTa〇4 的多晶原料。5. 根据权利要求2-4任一项所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特 征在于，S2的具体操作步骤为:将化学式为CrxTmyHozGcUnTaOa的多晶原料进行压制，然后 烧结得到生长晶体原料，烧结温度为1500~1600°C，烧结时间为10~96h。6. 根据权利要求2-5任一项所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特 征在于，S3中，熔体法晶体生长方法为提拉法、坩埚下降法、温梯法、热交换法、泡生法、顶部 籽晶法、助熔剂晶体生长方法中的一种。7. 根据权利要求6所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特征在于，S3 中，当熔体法晶体生长方法为提拉法、坩埚下降法或顶部籽晶法时，采用籽晶定向生长，籽 晶为 CrxTmyHozGdity-zTa〇4或GdTaCU单晶。8. 根据权利要求7所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特征在于，籽 晶方向为〈100>、〈010>或〈〇〇1>方向。9. 根据权利要求2-8任一项所述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，其特 征在于，当铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料中某种元素的分凝系数为k，k = 0.01~1，则 τι yi M 浓=τ，其中>^S1中含该元素化合物的质量，n为该元素在CrxTmy H〇zGdl-x-y-zTa0冲所含 k 物质的量，Μ为含该元素化合物的摩尔质量。
【专利摘要】本发明公开一种铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料，由以下化学式组成：CrxTmyHozGd1-x-y-zTaO4，0＜x≤0.2，0.0001≤y≤0.1，0.0001≤z≤0.1。本发明还公开上述铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料的晶体生长方法，包括：将含铬化合物、含铥化合物、含钬化合物、含钆化合物、含钽化合物混合均匀，进行合成反应得到化学式为CrxTmyHozGd1-x-y-zTaO4的多晶原料；将化学式为CrxTmyHozGd1-x-y-zTaO4的多晶原料进行压制得到生长晶体原料；将生长晶体原料加热至熔融状态得到晶体生长初始熔体，然后采用熔体法晶体生长方法进行生长得到铬、铥、钬掺杂钽酸钆发光材料。
【IPC分类】C30B11/14, C30B15/36, C30B17/00, C09K11/78, C30B29/30
【公开号】CN105624789
【申请号】CN201610087489
【发明人】张庆礼, 林东晖, 刘文鹏, 孙贵花, 罗建乔, 彭方, 殷绍唐, 窦仁勤
【申请人】中科九曜科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月16日