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lexsyg釋光探測(cè)器 || 在材料表征科研領(lǐng)域應(yīng)用分享

更新時(shí)間:2025-04-16點(diǎn)擊次數(shù):617

突破性技術(shù):激光燒結(jié)實(shí)現(xiàn)1毫米級(jí)無(wú)裂紋摻鉺二氧化硅薄膜

Lexsyg光譜儀精確驗(yàn)證光學(xué)性能

 

 

文章來(lái)源:https://doi.org/10.1016/j.optmat.2017.03.035

在硅基光學(xué)器件領(lǐng)域,如何制備高厚度、無(wú)裂紋且具備優(yōu)異發(fā)光性能的薄膜一直是技術(shù)難題。克萊姆森大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)CO?激光燒結(jié)技術(shù)成功制備出厚度超過(guò)1毫米的無(wú)裂紋摻鉺二氧化硅薄膜,為微型化閃爍體和光學(xué)波導(dǎo)器件提供了全新解決方案。研究中,lexsyg research作為重要檢測(cè)設(shè)備,精確揭示了材料的發(fā)光特性與閃爍性能。

技術(shù)突破:從溶膠配方到激光燒結(jié)的全流程創(chuàng)新

1、溶膠-凝膠前驅(qū)體優(yōu)化

原料創(chuàng)新:采用四乙氧基硅烷(TEOS)與六甲基二硅氧烷(HMDS)混合體系,通過(guò)調(diào)控HMDS比例(硅摩爾占比25%),將凝膠時(shí)間延長(zhǎng)至24小時(shí),避免相分離。

 

 

稀土摻雜:引入0.5%的鉺離子(Er³?)和1%的鋁離子(Al³?),提升發(fā)光效率并抑制濃度淬滅,同時(shí)通過(guò)Pluronic F127聚合物調(diào)節(jié)溶膠流變性,減少干燥應(yīng)力。

2CO?激光燒結(jié)工藝

設(shè)備配置:采用10.6 μm波長(zhǎng)CO?激光(功率7 W,掃描速度1 mm/s),聚焦光斑直徑1 mm,通過(guò)局部快速加熱實(shí)現(xiàn)薄膜致密化。

厚度突破:單層薄膜厚度從傳統(tǒng)爐火燒結(jié)的500 nm提升至1毫米以上,且無(wú)裂紋產(chǎn)生,關(guān)鍵歸因于局部熱應(yīng)力松弛機(jī)制(有限元模型驗(yàn)證,圖1)。

 

 

1. (A)二氧化硅:鉺在379nm激發(fā)下的PL光譜;(B)550nm監(jiān)測(cè)二氧化硅:鉺的PL光譜;(C)二氧化硅在379nm激發(fā)下的PL光譜;(D)二氧化硅:鉺的RL光譜;和(E)二氧化硅的RL光譜。

 

性能驗(yàn)證:lexsyg揭示材料發(fā)光特性

1、光致發(fā)光(PL)與放射發(fā)光(RL)測(cè)試

lexsyg重要作用:通過(guò)lexsyg research光譜儀對(duì)X射線激發(fā)下的薄膜進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果顯示:摻鉺薄膜在550 nm處呈現(xiàn)強(qiáng)烈的Er³?特征峰(4S3/2→4I15/2躍遷),與光電倍增管檢測(cè)波段高度匹配。

發(fā)現(xiàn):RL譜中觀察到467 nm峰(2P3/2→4I11/2躍遷),證實(shí)材料在輻射探測(cè)中的高靈敏度。

 

2.在以1 mm/s的速度進(jìn)行7w激光掃描之后,由AFM測(cè)量的薄膜厚度:(A)大約914 nm的原始厚度,和(B)大約3080 nm的原始厚度。

2、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與致密化

SEM/AFM分析:激光燒結(jié)后薄膜致密度接近熔融石英基底,收縮率穩(wěn)定在67%,與爐火燒結(jié)效果相當(dāng)。

應(yīng)力控制機(jī)制:有限元模擬表明,激光燒結(jié)通過(guò) 軟區(qū)應(yīng)力釋放抑制裂紋,而傳統(tǒng)燒結(jié)因整體受熱導(dǎo)致應(yīng)力累積。

結(jié)論與行業(yè)應(yīng)用前景

本研究通過(guò)溶膠-凝膠結(jié)合CO?激光燒結(jié)技術(shù),突破傳統(tǒng)工藝的厚度限制,成功制備出1毫米級(jí)無(wú)裂紋摻鉺二氧化硅薄膜。lexsyg的高靈敏度光譜分析能力為材料性能驗(yàn)證提供了可靠數(shù)據(jù)支持,凸顯其在光學(xué)材料研發(fā)中的不可替代性。該技術(shù)有望應(yīng)用于:

1、高能物理探測(cè):如粒子加速器中的微型化閃爍體探測(cè)器;

2、醫(yī)學(xué)成像:X射線射線成像設(shè)備的靈敏層材料。

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