透明陶瓷课题组--中国科学院上海硅酸盐研究所

透明陶瓷课题组

研究方向

　　一、透明陶瓷材料

　　透明陶瓷在特定波长范围内具有良好的透光性，同时兼具结构陶瓷良好的热及机械性能，在照明、激光、闪烁、红外探测、主动防御等方面有着广泛的应用前景。课题组开展了高压钠灯和陶瓷金卤灯用(半)透明氧化铝陶瓷，中红外透明氧化钇、钇铝石榴石、氧氮化铝及高折射率透明陶瓷材料的研究；部分结果已步入产业化。

　　1、高强度气体放电灯用(半)透明氧化铝陶瓷灯管　　

　　高压钠灯用半透明氧化铝管　　

　　陶瓷金卤灯用“五件套”半透明氧化铝管　　

　　陶瓷金卤灯用半透明氧化铝一体管

　　2、中红外透明陶瓷

　　透明氧化钇(Y₂O₃)、钇铝石榴石（YAG）和氧氮化铝(AlON)陶瓷在可见光至中红外波段具有很高的透过率，可以作为高温观测窗以及中红外探测元件。　　

　　Y₂O₃透明陶瓷头罩（直径80mm×5mm）　

　　YAG透明陶瓷头罩（直径80mm×5mm）

　　AlON 透明陶瓷（直径100mm×5mm）

　　3、高折射率A₂B₂O₇透明陶瓷

　　成功制备不同组份的铪酸盐和锆酸盐基透明陶瓷，具有较好的光学质量，633nm处折射率大于2，稀土掺杂后实现了上转换发光。　　

　　二、高热导氮化铝(AlN)陶瓷材料

　　在陶瓷材料中，AlN具有异常高的导热性(比Al₂O₃高3~10倍，与BeO接近)、低的电导率、介电常数及介电损耗。另外，AlN的热膨胀系数远比BeO与Al₂O₃的低，与硅的热膨胀系数相近，及其电性能优良、机械性能好且无毒性等特性，被认为是最理想的基片材料，成为高密度、大功率和高速集成电路基板的封装的理想材料，在通讯、微电子等领域内应用前景十分广阔。

　　氮化铝基片（100×100×1mm）　　　　　　　　氮化铝散热片

　　三、上转换发光材料

　　1、透明陶瓷的上转换发光

　　透明陶瓷的上转换发光在诸如短波长全固化紧凑型上转换激光器、三维立体显示、生物分子荧光标记、光纤放大器、共聚焦显微镜双光子成像、防伪等领域具有潜在的应用前景。　　　　

　　稀土掺杂氧化钇透明陶瓷在980nm激光激发下发出蓝、绿、橙、红光

　　2、稀土掺杂NaYF₄纳米晶的上转换发光

　　近年来，随着纳米颗粒制备技术的发展，上转换的研究迎来了新一轮热潮。NaYF4基质作为上转换发光效率最高的基质材料，受到了广泛关注。我们采用化学方法制备出来红绿蓝三色发光的NaYF4纳米颗粒，并对其进行了表面聚合物包裹、二氧化硅包裹及基团交换等修饰。　　

　　NaYF₄纳米晶的上转换蓝光和绿光发射　二氧化硅包覆NaYF₄: Yb³⁺, Er³⁺纳米晶

　　四、纤维补强氧化物陶瓷基复合材料

　　碳纤维补强石英基复合材料的抗折强度达到740MPa（单向排列）。通过工艺参数的优化，材料体积密度可控制在1.95～2.04g/cm³范围内，热膨胀系数为0.69×10-6/℃，具有良好的抗机械冲击和热冲击性能。在石英纤维补强石英复合材料研究中，发现了常规工艺条件下方石英的无定形化现象，即晶化的石英纤维在较低的温度于真空或还原性气氛下热处理能够转变为无定形态。