高氯酸鋱
簡介
作為法拉第隔離器的關鍵材料，磁光材料不僅需要具有優異的光學質量，還要求其具備良好的磁光性能。作為主要磁光性能參數的Verdet常數越高，則所需的磁光材料尺寸越小，有利於實現器件小型化。同時也可減少激光服役時產生的熱效應，從而保證磁光器件的穩定隔離比。與TGG材料相比，鋱鋁石榴石（TAG）具有更高的Verdet常數、製備成本更低廉，熱導率也更為優異。因此，被認為是應用於千瓦級高功率激光器的理想磁光材料。研究團隊通過反滴共沉澱法合成TAG納米粉體，結合真空預燒及熱等靜壓燒結成功製備了在1064 nm波長處直線透過率為81.6%的TAG磁光陶瓷。燒結助劑正硅酸乙酯（TEOS）的添加不僅可以提高TAG磁光陶瓷的光學質量，同時還可以解決鋱離子在空氣退火中的變價問題，保證了TAG陶瓷具有優異的磁光品質因子。相關研究成果發表於J. Am. Ceram. Soc. (2021, 104: 2116-2124)。上述兩篇論文第一作者均為上海硅酸鹽所博士研究生李曉英，通訊作者為李江研究員。
評價
燒綠石型磁光透明陶瓷是一類新型的磁光材料，相比石榴石結構的磁光材料，燒綠石結構中順磁性離子可占據50%以上的陽離子格位，因而可具有更高的順磁離子濃度和更高的Verdet常數，具有很好的研究價值與應用潛力。鉿酸鋱（Tb2Hf2O7）是一種典型的燒綠石型磁光陶瓷，其具有寬固溶範圍的特點。近期該團隊採用固相反應燒結法製備了非化學計量的Tb2.45Hf2O7.68磁光陶瓷，該陶瓷在1064nm處的直線透過率達到79.4%，且在633nm處的Verdet常數達到-165.6rad·T-1·m-1，比商用TGG單晶高23.6%。相關研究成果發表在Scr. Mater.（2021, 204: 114158）。在此基礎上，該團隊在最新的研究中發現陶瓷中的Tb3+含量可以進一步提高，研製的非化學計量Tb2(Hf1-xTbx)2O7-x陶瓷在633nm處的Verdet常數高達-181.2rad·T-1·m-1，已達到商用TGG單晶的1.35倍。[1]