研究室成果在《Optics Express》上发表
2025年05月06日
Y2O3‒MgO 复相透明陶瓷是一种光学材料，有望应用于极端环境下的中红外窗口。考虑到不同相之间的折射率差异和霍尔-佩奇效应，以及相均匀性对于复合材料晶粒尺寸的影响，加强相均匀性可提高复合材料的光学和机械性能。然而，目前关于相均匀性与光学/机械性能关系和机理的定量研究不足，还缺乏梯度化数据支持。因此，本研究对Y2O3‒MgO复合材料的相均匀性进行了量化，并将其作为梯度参数，建立了梯度化相均匀性与光学/机械性能之间的联系。研究发现，随着相均匀性的增加，散射减少，晶粒尺寸减小，Y2O3‒MgO复合材料的光学和机械性能得到了提升。具体如下：
在不同的溶剂热温度下，通过共沉淀和溶剂热工艺合成了Y2O3‒MgO复合纳米粉体，获得了梯度化的相均匀性。将上述粉体烧结成陶瓷后，通过定量分析其相均匀性。随着Y2O3‒MgO复合材料相均匀性的增加（从0.23增加到0.83，越接近1表示相均匀性越高），钉扎效应变得更强，导致晶粒尺寸减小，使Y2O3‒MgO复合材料的透过率和机械性能增强。最终，相均匀性的优化使Y2O3‒MgO复合材料的硬度从9.83 GPa提高到10.23 GPa，6 μm处的红外透过率从5.5%提高到81.5%，整体透过率从不透光（最大透过率小于10%）提高到截止波长为1.3-10.2 μm。这些研究结果表明，通过量化相位均匀性的方法既可行又有效，不仅为Y2O3‒MgO复合材料的设计和分析提供了支持，而且还可以扩展到其他复合材料的制备和优化。
论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.560614