镶嵌掺杂稀土的镧系氯化物纳米晶的硫卤基纳米复合材料及其中红外发光研究

3～10um中红外固体激光在民用和军事领域具有广阔的应用前景。发展这类新型激光器的关键之一是研发可使稀土发光中心在中红外波段实现高效发射、同时具有高的物化稳定性的基体材料。本项目拟采用熔融急冷法和后续热处理，通过调整组分、掺杂稀土浓度及加热条件，控制析晶过程，获得在非晶硫卤玻璃基体中镶嵌单分散、且固溶了稀土的镧系氯化物纳米晶的复合材料；采用高分辨电镜、X射线衍射、热分析、拉曼光谱和荧光光谱等技术，研究复合材料中特定镧系氯化物纳米晶的晶化行为，分析稀土在材料中的分布、以及晶粒晶化析出的微观机理；重点探讨晶相的种类(声子能量)、尺度、结晶分数和掺杂稀土种类、浓度对中红外发光光谱特性（如：谱线宽度、吸收截面、发射截面、荧光寿命和量子效率等）的影响，进而通过调控材料组分和显微结构，优化发光性能；综合评价材料制备技术、显微结构与发光性能的关联，为进一步研发中红外固体激光新材料提供实验和理论依据。

采用熔体急冷法，成功制备了系列含氯化物或硫化物纳米晶(如CsCl、LaCl3、Cs3LaCl6、Ga2S3和In2.67S4等)的新型透明硫卤玻璃陶瓷复合材料；研究稀土（如Nd3+、Er3+和Pr3+等）掺杂对硫卤玻璃析晶过程的影响，并通过控制晶化条件实现了稀土离子进入纳米晶中；分析了稀土离子在硫卤玻璃陶瓷中的中红外发光动力学过程，探明析出晶相的种类（声子能量）、结晶分数、分布及尺度变化对稀土离子在中红外波段发光性能的影响；通过对复合材料组分-显微结构-光谱性能关系的综合评价，进一步改进制备工艺和优化晶化条件，最终在含Ga2S3和Cs3LaCl6纳米晶的硫卤玻璃陶瓷中获得优异的中（近）红外发光。此外，我们还扩展了研究体系，制备了一系列含氟化物和氧化物（如LaF3、YF3、GdF3、BaYF5、CeO2、SnO2和Ga2O3等）纳米晶的玻璃陶瓷复合材料；类似地，通过控制晶化条件，使得掺杂的稀土或过渡金属离子进入晶相环境中，因此材料展现出优异的近红外激发可见上转换、近红外量子剪裁下转换和红外下转移发光特性。. 除了完成原定计划，我们还开展了新颖氟化物和氟氯化物纳米晶的制备、显微结构调控和发光特性研究，并取得丰富的成果，拓宽了研究思路。提出了异价离子掺杂“宽幅”调控纳米晶结构的新技术，并对其普适性做了系统性的实验验证，该研究结果对实现液相体系功能纳米材料的结构调控具有一定的指导作用。. 项目相关研究成果在J. Am. Chem. Soc., Nano Energy, Acta Mater., J. Mater. Chem., Chem. Commun.和Opt. Lett.等国际知名刊物上发表SCI论文34篇（皆标注基金项目号，其中影响因子大于3的20篇）,申请中国发明专利8项，授权专利4项。