Lutetium hliníkový granát - Lutetium aluminium garnet - Wikipedia

Lutetium hliníkový granát (běžně zkráceno LuAG, molekulární vzorec Al5Lu3Ó12) je anorganická sloučenina s jedinečnou krystalovou strukturou, která je známá především pro použití ve vysoce účinných laserových zařízeních. LuAG je také užitečný při syntéze transparentní keramika.[1]

LuAG je dopovatelný scintilační krystal, který bude demonstrovat světélkování po buzení. Scintilační krystaly jsou vybrány pro vysokou strukturální dokonalost, vysokou hustotu a vysoké efektivní atomové číslo. LuAG je zvláště oblíbený před jinými krystaly pro svou vysokou hustotu a tepelnou vodivost. LuAG má relativně malý mřížková konstanta ve srovnání s ostatními vzácná země granáty, což má za následek vyšší hustotu produkující krystalové pole s užší šířkou čáry a větším rozdělením energetické hladiny v absorpci a emisi.[2] Tyto vlastnosti z něj činí vynikajícího hostitele pro aktivní ionty, jako jsou Yb, Tm, Er a Ho, které se používají při čerpání diodami polovodičové lasery. Hustota krystalu lutecia je vyšší než hustota jiných kovů, například ytrium, což znamená, že se vlastnosti krystalu po přidání nemění dopant ionty.[3] To může být zvláště užitečné pro detekci a kvantifikaci částic s vysokou energií z důvodu jejich hustoty a tepelné stability. Tato vysoká teplota tání kromě nedostatečné dostupnosti lutecia způsobila, že se tento krystal používá méně běžně než jeho ostatní granáty, a to navzdory příznivým fyzikálním vlastnostem.[1]

Fyzikální vlastnosti a struktura

Lutetium hliníkový granát, s molekulárním vzorcem Al5Lu3Ó12, má složitou krychlovou krystalovou strukturu. Jednotková buňka obsahuje 24 atomů lutecia C stránky, 96 atomů kyslíku v h weby a hliník v 16 A stránky a 24 d stránky.[4]

Hmotnost iontu lutecia je blíže laserem aktivním lanthanidům, které se používají pro doping, což znamená, že tepelná vodivost se nemění, jako by to bylo v jiných granátových strukturách při vyšších dopingových úrovních. Poloměr krystalu lutecia navíc omezuje změny pozorované v krystalové struktuře za přítomnosti dopingu.[1]

Fyzikální vlastnosti LuAG[2]
Chemický vzorecAl5Lu3Ó12
Krystalická strukturaKrychlový
Molekulární váha851,81 g / mol
Hustota6,71 g / cm ^ 3
Bod tání1980 ˚ C.
Specifické teplo0,419 J / gK

Syntéza

Lutetium hliníkový granát je umělý krystal, který lze pěstovat pomocí techniky vyvinuté přibližně před sto lety, Czochralski růstový proces. Tato metoda umožňuje tvorbu monokrystalických válců různých scintilátorů. Metoda se používá k růstu polovodičů, oxidů, fluoridů a halogenidových krystalů kromě kovových krystalů.[5]

Proces růstu LuAG je relativně jednoduchý díky své krystalografické struktuře a fyziochemickým vlastnostem. Kvůli tepelné stabilitě materiálů však tento růst vyžaduje zařízení, které zvládne vysoký zdroj energie a teploty až 2 500 ° C.[5]

Hydrotermální růst granátů byl zaznamenán od 60. let a nyní byl pro LuAG prokázán jako alternativní technika k tradiční metodě tavení používané v minulosti. Tato metoda umožňuje pěstování krystalů při nižších teplotách, čímž se omezují tepelně indukované vady, které vedou k rozšíření opticky nepoužitelných krystalů.[1]

Tato metoda byla použita bez použití osiva LuAG z důvodu jeho nedostupnosti a nákladů. Místo toho byl růst proveden pomocí yttrium hliníkový granát krystaly s minimálním nesouladem mřížky 0,6%. Růst se provádí za použití prášku oxid lutecia (III) a drcená safírová surovina s 2M hydrogenuhličitan draselný mineralizátor s tepelným gradientem 610 - 640 ˚C.[1]

Aplikace

Proces lasování zahrnující krystaly hliníkového granátu se provádí atomy dopantu, obvykle kovy vzácných zemin, které v krystalové struktuře nahrazují několik atomů původního kovu (v tomto případě lutetium). Role nesubstituovaných atomů lutecia, hliníku a kyslíku funguje jako podpora pro dopující ionty.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Moore, Cheryl (2015). „Směrem k lepšímu porozumění hydrotermálně pěstovaným granátům a krystalům sesquioxidu pro laserové aplikace“. Tisky Clemson University Tiger.
  2. ^ A b „Lutetium Aluminium Garnet - LuAG - Lu3Al5Ó12". scientmaterials.com. Citováno 2016-04-29.
  3. ^ Kiss, Z. J .; Pressley, R. J. (10.10.1966). "Krystalické pevné lasery". Aplikovaná optika. 5 (10): 1474–86. doi:10,1364 / ao.5.001474. ISSN  1539-4522. PMID  20057583.
  4. ^ Kuwano, Yasuhiko; Suda, Katsumi; Ishizawa, Nobuo; Yamada, Toyoaki (02.01.2004). "Růst krystalů a vlastnosti (Lu, Y) 3Al5O12". Journal of Crystal Growth. 260 (1–2): 159–165. doi:10.1016 / j.jcrysgro.2003.08.060.
  5. ^ A b Yoshikawa, A .; Chani, V .; Nikl, M. (2013). "Czochralského růst a vlastnosti scintilačních krystalů". Acta Physica Polonica A. 124 (2): 250–264. doi:10,12693 / aphyspola.124.250.

externí odkazy