Парижский алюминиевый гранат
Алюмолютеций- гранат (обычно сокращенно LuAG , молекулярная формула Lu 3 Al 5 O 12 ) представляет собой неорганическое соединение с уникальной кристаллической структурой, прежде всего известное благодаря его использованию в высокоэффективных лазерных устройствах. ЛуАГ также полезен при синтезе прозрачной керамики . [ 1 ]
демонстрирует люминесценцию LuAG — легируемый сцинтилляционный кристалл, который после возбуждения . Сцинтилляционные кристаллы выбираются из-за высокого структурного совершенства, высокой плотности и высокого эффективного атомного номера. LuAG особенно предпочтителен по сравнению с другими кристаллами из-за его высокой плотности и теплопроводности . LuAG имеет относительно небольшую постоянную решетки по сравнению с другими редкоземельными гранатами , что приводит к более высокой плотности, создавая кристаллическое поле с более узкой шириной линии и большим расщеплением энергетических уровней при поглощении и излучении. [ 2 ] Эти свойства делают его отличным хозяином для активных ионов, таких как Yb, Tm, Er и Ho, используемых в твердотельных лазерах с диодной накачкой .
Плотность кристалла лютеция больше, чем у других металлов, таких как иттрий , а это означает, что свойства кристалла не изменяются при добавлении ионов- примесей . [ 3 ] Он может быть особенно полезен для обнаружения и количественного определения частиц высокой энергии из-за его плотности и термической стабильности. Высокая температура плавления, а также отсутствие лютеция сделали этот кристалл менее широко используемым, чем его собратья-гранаты, несмотря на его благоприятные физические свойства. [ 1 ]
Физические свойства и структура
[ редактировать ]Лютеций-алюминиевый гранат с молекулярной формулой Lu 3 Al 5 O 12 имеет сложную кубическую кристаллическую структуру. Элементарная ячейка содержит 24 атома лютеция в позициях c , 96 атомов кислорода в позициях h и алюминия в 16 позициях a и 24 позициях d . [ 4 ]
Масса иона лютеция ближе к лазерно-активным лантанидам, которые используются для легирования, а это означает, что теплопроводность не изменяется, как это было бы в других структурах граната при более высоких уровнях легирования. Кроме того, кристаллический радиус лютеция ограничивает изменения, наблюдаемые в кристаллической структуре при наличии легирования. [ 1 ]
| Химическая формула | Lu3Al5OЛу3Ал5О12 |
|---|---|
| Кристаллическая структура | Кубический |
| Молекулярный вес | 851.81 g/mol |
| Плотность | 6,71 г/см 3 |
| Точка плавления | 1980 ˚C |
| Удельная теплоемкость | 0,419 Дж/гК |
Синтез
[ редактировать ]Лютеций-алюминиевый гранат — это искусственный кристалл, который можно вырастить с использованием технологии, разработанной около столетия назад, — процесса выращивания Чохральского . Этот метод позволяет формировать монокристаллические цилиндры различных сцинтилляторов. Этот метод используется для выращивания кристаллов полупроводников, оксидов, фторидов и галогенидов, а также кристаллов металлов. [ 5 ]
Процесс выращивания LuAG относительно прост благодаря его кристаллографической структуре и физико-химическим свойствам. Из-за термической стабильности материалов требуется устройство, способное работать при высокой мощности и температуре до 2500 ˚C. [ 5 ]
Гидротермальный рост гранатов регистрируется с 1960-х годов и теперь продемонстрирован компанией LuAG в качестве альтернативы традиционному методу плавления, использовавшемуся в прошлом. Этот метод позволяет выращивать кристаллы при более низких температурах, ограничивая термически индуцированные дефекты, которые приводят к образованию оптически бесполезных кристаллов. [ 1 ]
Этот метод был использован без использования семян LuAG из-за его недоступности и стоимости. Вместо этого рост проводился с использованием кристаллов иттрий-алюминиевого граната с минимальным несоответствием решеток 0,6%. Для выращивания использовали порошкообразный оксид лютеция(III) и измельченное сапфировое сырье с бикарбоната калия минерализатором 2М с температурным градиентом 610-640 ˚C. [ 1 ]
Приложения
[ редактировать ]Процесс генерации на кристаллах алюминиевых гранатов осуществляется атомами легирующей примеси, обычно редкоземельных металлов, которые замещают в кристаллической структуре несколько атомов исходного металла (в данном случае лютеция). Незамещенные атомы лютеция, алюминия и кислорода служат опорой для ионов легирующей примеси.
См. также
[ редактировать ]- Гадолиний-галлиевый гранат
- Гадолиний-иттриевый гранат
- Иттрий-алюминиевый гранат
- Иттриевый железный гранат
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Мур, Шерил (2015). «На пути к лучшему пониманию гидротермально выращенных гранатов и кристаллов сесквиоксида для лазерных применений». Отпечатки тигров Университета Клемсона . Бибкод : 2015PhDT.......308M .
- ^ Jump up to: а б «Лютеций-алюминиевый гранат-ЛуАГ-Lu 3 Al 5 O 12 » . Scientificmaterials.com . Проверено 29 апреля 2016 г.
- ^ Поцелуй, З.Дж.; Прессли, Р.Дж. (1 октября 1966 г.). «Кристаллические твердотельные лазеры». Прикладная оптика . 5 (10): 1474–86. Бибкод : 1966ApOpt...5.1474K . дои : 10.1364/ao.5.001474 . ISSN 1539-4522 . ПМИД 20057583 .
- ^ Кувано, Ясухико; Суда, Кацуми; Исидзава, Нобуо; Ямада, Тоёаки (2 января 2004 г.). «Рост кристаллов и свойства (Lu,Y)3Al5O12». Журнал роста кристаллов . 260 (1–2): 159–165. Бибкод : 2004JCrGr.260..159K . дои : 10.1016/j.jcrysgro.2003.08.060 .
- ^ Jump up to: а б Ёсикава, А.; Чани, В.; Никл, М. (2013). «Рост Чохральского и свойства сцинтилляционных кристаллов» . Acta Physica Polonica А. 124 (2): 250–264. Бибкод : 2013AcPPA.124..250Y . дои : 10.12693/aphyspola.124.250 .