新技術(shù)

山東大學(xué)在基于稀土摻雜YAG 單晶薄膜的固態(tài)微腔激光研究中取得新進(jìn)展

近日，物理學(xué)院陳峰教授團(tuán)隊(duì)在晶體薄膜制備和微腔激光方面取得新進(jìn)展，提出了一種名為“離子注入增強(qiáng)選擇性腐蝕方法”的技術(shù)，用于制備稀土元素?fù)诫s的釔鋁石榴石（YAG）單晶薄膜，并基于該材料制備微腔固態(tài)激光器，實(shí)現(xiàn)毫瓦級(jí)的激光輸出。相關(guān)研究成果以"Optically pumped Milliwatt Whispering-Gallery microcavity laser"為題發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域期刊Light:Science&Applications（影響因子19.4）。

稀土元素?fù)诫s的YAG 晶體是最優(yōu)秀的固態(tài)激光增益介質(zhì)之一，具有高增益、高硬度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高熱傳導(dǎo)性等特點(diǎn)。通過(guò)摻雜各種稀土元素，可以在近紅外至中紅外波長(zhǎng)范圍（1 微米至3 微米）內(nèi)發(fā)射激光，在傳統(tǒng)的固體激光器中有廣泛的應(yīng)用。然而，YAG 晶體的高穩(wěn)定性和高硬度使得它難以通過(guò)化學(xué)和物理手段進(jìn)行微納加工，從而限制了其在微納激光系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)將碳離子注入到Nd:YAG 晶體內(nèi)，形成了一個(gè)缺陷層，利用這個(gè)缺陷層加速了化學(xué)腐蝕作用，成功地將厚度為1 微米的Nd:YAG 單晶薄膜從Nd:YAG 塊狀晶體中剝離出來(lái)，最大剝離面積為10×0.1 mm2?；谶@個(gè)晶體薄膜，他們制備了直徑為30 微米的耳語(yǔ)回廊模式固態(tài)微腔激光器，微腔的Q 值為2.8×105。微腔激光的最大輸出功率為1.1 mW，最大光轉(zhuǎn)化效率為12.4%，這些參數(shù)是目前報(bào)道的微腔固態(tài)激光器的最大值。此外，研究人員還制造了獨(dú)特的偏心微腔，實(shí)現(xiàn)了有效的自由空間泵浦光耦合，促進(jìn)了微腔與波導(dǎo)的集成。這項(xiàng)研究為構(gòu)建緊湊型光子源提供了一個(gè)新路徑。

（山東大學(xué)）

包頭稀土研究院杭州分院攻克稀土耐磨材料制備技術(shù)

日前，包頭稀土研究院杭州分院成功攻克耐磨涂層過(guò)渡層用稀土材料制備技術(shù)，所合成的稀土改性涂層結(jié)合強(qiáng)度好，耐磨性能比單一氧化鋁涂層提高2～10 倍，在冶金、發(fā)電及船舶等行業(yè)中的管道、風(fēng)機(jī)葉輪、皮帶輪等部件具有廣闊應(yīng)用前景。

包頭稀土研究院杭州分院從解決包鋼金屬設(shè)備、材料在實(shí)際使用過(guò)程中摩擦磨損嚴(yán)重等實(shí)際問(wèn)題入手，利用氧化物及合金耐磨陶瓷涂層具有耐磨性能好、涂層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度高、涂層質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)，在耐磨陶瓷涂層中引入可細(xì)化晶粒、凈化組織、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的稀土元素，改善涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，提高涂層的耐磨性?；诔墒斓睦碚撝С?，包頭稀土研究院杭州分院組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員開(kāi)展稀土耐磨材料制備技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)一系列制備工藝調(diào)整，攻克了制備技術(shù)障礙，成功利用高豐富富余稀土元素如鑭、鈰、釔等，合成高爐煤氣管道耐磨陶瓷涂層，有效提升了管道耐磨性能，降低輸送耗能，還拓展了包鋼集團(tuán)公司高豐度鑭鈰稀土元素的高值化利用。

接下來(lái)，包頭稀土研究院杭州分院將按照成功研制的生產(chǎn)技術(shù)編制實(shí)際生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)耐磨涂層過(guò)渡層用稀土材料工業(yè)化批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)科研技術(shù)的市場(chǎng)轉(zhuǎn)化和效益產(chǎn)出，推動(dòng)科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)不斷進(jìn)步。

(包鋼集團(tuán))

上海大學(xué)理學(xué)院在分子水平的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

近日，理學(xué)院孫麗寧教授團(tuán)隊(duì)在分子水平的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光領(lǐng)域又取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果以“Upconversion Luminescence in Mononuclear Yb/Sm Co-crystal Assemblies at Room Temperature”為題發(fā)表在化學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。

由于稀土離子具有豐富的能級(jí)及4 f 電子躍遷的特性，使得某些稀土材料具有獨(dú)特的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，能夠?qū)⒌湍芰康慕t外激發(fā)光轉(zhuǎn)換為高能量的可見(jiàn)光或紫外光發(fā)射，近年來(lái)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)前沿領(lǐng)域。目前，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象的研究主要集中于無(wú)機(jī)基質(zhì)中，例如塊狀材料、熒光粉和納米顆粒等。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，上轉(zhuǎn)換發(fā)光被認(rèn)為不可能在分子配合物中實(shí)現(xiàn)，主要原因是分子配合物中的-CH,-OH 和-NH 基團(tuán)能夠通過(guò)非輻射躍遷的方式猝滅本身就很弱的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。

近日，上海大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系孫麗寧教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種Yb/Sm 共晶聚集體，該聚集體由單核Yb 分子配合物和單核Sm 分子配合物組成，在980 nm 近紅外光的激發(fā)下，能量通過(guò)協(xié)同敏化上轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)移上轉(zhuǎn)換的方式傳遞給Sm3+離子，實(shí)現(xiàn)了Sm3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光；同時(shí)在360 nm 的紫外光激發(fā)下，該Yb/Sm 共晶聚集體也能夠發(fā)射出Sm3+離子的下轉(zhuǎn)移發(fā)光。除了熒光光譜的結(jié)果，下圖照片也顯示出，分別在360 nm 與980 nm 波長(zhǎng)光激發(fā)下，肉眼能夠清楚地觀察到該Yb/Sm 聚集體的單晶都能夠呈現(xiàn)出亮麗的橙紅色發(fā)光。此外，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了不同比例的分子配合物組合對(duì)Sm3+離子發(fā)光的影響，當(dāng)Yb3+:Sm3+的摩爾比為1:1 時(shí)其發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)，同時(shí)也探究了下轉(zhuǎn)移和上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程的熒光壽命變化等。該團(tuán)隊(duì)對(duì)Yb/Sm 共晶聚集體的結(jié)構(gòu)和能量傳遞機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的表征和討論，創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了分子配合物中Sm3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這為設(shè)計(jì)新型分子上轉(zhuǎn)換發(fā)光體系打開(kāi)了嶄新的思路。

(上海大學(xué)理學(xué)院)