薛秉國(guó)， 呂清洋， 王婷婷， 劉麗娜， 王世立， 朱海澄， 劉紹宏， 孫旭東

( 東北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110819)

1 引 言

圖1 釓鋁石榴石晶體結(jié)構(gòu)示意圖(數(shù)據(jù)引用自ICSD 23849)Fig.1 Schematic of gadolinium aluminate garnet crystal structure(data quoted from ICSD 23849)

閃爍體通常由基質(zhì)和閃爍中心(也稱激活劑)組成。典型如Ce摻雜釔鋁石榴石(Y3Al5O12∶Ce，YAG∶Ce)是應(yīng)用廣泛的閃爍體[3]，其中YAG是基質(zhì)材料，Ce3+為激活劑。YAG和LuAG是性能優(yōu)異的基質(zhì)晶體，易通過摻雜激活劑離子獲得較優(yōu)異的閃爍性能。已有的研究表明，YAG∶Ce具有極高的發(fā)光效率和短的衰減時(shí)間[4]，但YAG的密度只有4.54 g/cm3，對(duì)高能射線阻止能力較低。LuAG具有較高的密度、熔點(diǎn)和機(jī)械穩(wěn)定性[5]，高能射線截止本領(lǐng)強(qiáng)，在醫(yī)學(xué)成像及核物理上應(yīng)用前景廣闊，然而Lu2O3的價(jià)格昂貴，無法大規(guī)模應(yīng)用。Gd的相對(duì)原子質(zhì)量(157)接近Lu，遠(yuǎn)大于Y，且Gd2O3的價(jià)格約為L(zhǎng)u2O3的1.5%，因此理論上GdAG摻雜稀土離子可以成為理想的閃爍體材料。

2 GdAG晶格穩(wěn)定化

Blasse等[6]于1967年首先報(bào)道了Ce摻雜YAG熒光粉的發(fā)光行為，該體系材料得到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛研究。YAG作為性能優(yōu)異的基質(zhì)材料，具有高熔點(diǎn)、高硬度和易摻雜其他稀土離子等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于照明、顯像和醫(yī)學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域[7]。GdAG作為YAG的衍生材料之一，具有光學(xué)應(yīng)用上的其他優(yōu)點(diǎn)。其一，Gd3+的4f層是半充滿的，產(chǎn)生非常穩(wěn)定的8S7/2基態(tài)，適宜作為基質(zhì)材料，且Gd3+的發(fā)射處于紫外光區(qū)，其在8S7/2-6IJ的特征發(fā)射峰與一些稀土離子的吸收帶重疊，可以成為其他稀土離子的新激發(fā)源，Gd3+到激活劑的能量傳遞也可能進(jìn)一步增強(qiáng)發(fā)光效果[8-12]；其二，YAG∶Ce缺乏紅光成分，Gd的引入可以使Ce3+的光譜紅移[13-14]，產(chǎn)生不同于YAG的新發(fā)射特性，改善現(xiàn)有的發(fā)光性能；其三，GdAG的理論密度(5.97 g/cm3)高于YAG(4.55 g/cm3)，且Gd相對(duì)原子質(zhì)量比Y高，因此GdAG具有對(duì)高能射線更高的截止本領(lǐng)。GdAG是極具潛力的光功能材料。

Mizuno等[15-17]于20世紀(jì)70年代研究Ln2O3-Al2O3相圖時(shí)發(fā)現(xiàn)Ln2O3-Al2O3二元系中化合物的產(chǎn)生及其熱穩(wěn)定性很大程度上取決于Ln3+的離子半徑。在熱平衡及常壓狀態(tài)下，按照離子半徑大小和生成的化合物可歸納為三類:第一類為Tb-Lu和Y，穩(wěn)定存在的化合物為L(zhǎng)n4Al2O9(LnAM)、LnAlO3(LnAP)和LnAG這3種；第二類為Pm-Gd，穩(wěn)定存在的化合物為L(zhǎng)nAP和LnAM；第三類為L(zhǎng)a-Nd，穩(wěn)定存在的化合物為L(zhǎng)n2O3·11Al2O3(β-Al2O3型)和LnAP。Shishido等[18]于1978年將Al2O3和Gd2O3按照量比3∶5固相反應(yīng)合成GdAG，發(fā)現(xiàn)GdAG在1 500 ℃時(shí)會(huì)分解成Al2O3和GdAlO3。上述研究表明，GdAG是熱力學(xué)不穩(wěn)定的。李繼光等[19]研究發(fā)現(xiàn)，LnAG穩(wěn)定的石榴石結(jié)構(gòu)僅存在于小半徑的Ln離子(Tb-Lu和Y)之中。Chaudhury等[20]2007年通過溶液燃燒法合成GAM、GAP和GdAG，并通過晶格常數(shù)計(jì)算測(cè)定了它們的熱膨脹系數(shù)，用差示掃描量熱法(DSC)測(cè)出比熱容，發(fā)現(xiàn)GdAG晶格常數(shù)隨溫度線性增加。如圖2所示，GdAG比熱容隨著Al含量的增加呈非線性增加。GdAG閃爍材料擁有優(yōu)異的閃爍性能，但熱穩(wěn)定性制約了它的應(yīng)用，對(duì)GdAG進(jìn)行晶格穩(wěn)定化處理十分重要。

根據(jù)LnAG晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合，引入離子半徑不同的元素來取代晶體組成元素可以改變晶體晶格常數(shù)，進(jìn)而影響鍵的共價(jià)性和晶體價(jià)帶與導(dǎo)帶的位置[21]。因此，穩(wěn)定GdAG晶格的方法主要分為兩種。第一種，用小半徑Ln3+(Ln=Y，Lu，Tb)來取代部分Gd3+，形成(Gd1-xLnx)3Al5O12固溶體。李繼光等[19]研究了Lu3+含量對(duì)相變的影響及所得產(chǎn)物(Gd1-xLux)AG(x=0～0.5)的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隨著Lu含量的增多結(jié)晶溫度顯著降低，10%的Lu3+可以有效穩(wěn)定石榴石結(jié)構(gòu)，同時(shí)材料的有效原子數(shù)和理論密度得到提高。Wang等[22]研究Y3+含量對(duì)(Gd1-xYx)AG結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)10%的Y3+摻雜就可以穩(wěn)定石榴石結(jié)構(gòu)。Tb3+半徑比Gd3+小且能形成穩(wěn)定TbAG相，以Tb3+半徑作為參考可以計(jì)算出形成穩(wěn)定(Gd1-xLnx)AG所需要的離子取代量。通過Tb3+離子半徑計(jì)算出形成穩(wěn)定石榴石結(jié)構(gòu)的Lu3+摻雜量約為17%，超過了李繼光等[19]實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的最小量(10%)。這表明如果(Ln1,Ln2)3+的平均離子尺寸位于Gd3+和Tb3+之間，就可以形成穩(wěn)定的石榴石相。Nazarov和Zorenko的研究也證實(shí)這一觀點(diǎn)[23-24]。李繼光等[25]以(Gd0.9Lu0.1)3+平均離子尺寸(～0.104 5 nm)為標(biāo)準(zhǔn)，采用共沉淀法合成粉體，并分析計(jì)算了形成穩(wěn)定GdAG所需要取代Gd3+的各Ln3+的最小含量(見表1)，在1 300 ℃對(duì)前驅(qū)體粉末進(jìn)行煅燒，結(jié)果表明均形成(Gd1-xLnx)AG純相。另一種方法是通過用離子半徑更大的M3+來取代Al的位置，以擴(kuò)大十二面體間隙，從而形成Gd3(Al1-xMx)5O12固溶體。Ga、Ge、Si等都可以通過取代Al來影響能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響發(fā)光性能。Chiang等[26]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)摻雜Ga3+有助于形成穩(wěn)定GdAG相，當(dāng)Ga3+含量增加時(shí)，結(jié)晶溫度降低，有利于GdAG的形成。而Ga部分取代Al形成的釓鎵鋁石榴石Gd3(Al1-xGax)5O12(GAGG)無自輻射，衰減時(shí)間短，是優(yōu)異的閃爍體材料[27]。Ogieglo等[28]研究了Gd3(Al1-xGax)5O12∶ Ce3+閃爍體的光學(xué)性質(zhì)與Ga/Al比的關(guān)系(見圖3)，發(fā)現(xiàn)Gd3Ga2Al3O12∶Ce3+表現(xiàn)出最高的發(fā)射強(qiáng)度，Ga3+含量繼續(xù)升高將導(dǎo)致發(fā)射強(qiáng)度下降，發(fā)射峰向短波方向移動(dòng)。這歸因于Ga3+取代Al3+導(dǎo)致晶體場(chǎng)分裂減少，降低晶體場(chǎng)強(qiáng)度，引起發(fā)射光譜藍(lán)移。用Ga完全取代Al形成的釓鎵石榴石Gd3Ga5O12(GGG)化學(xué)穩(wěn)定性高、晶格匹配性好、導(dǎo)熱性強(qiáng)，被用作外延薄膜的生長(zhǎng)襯底和固態(tài)激光器材料[29-30]。

表1 穩(wěn)定GdAG結(jié)構(gòu)所需摻雜Ln3+離子最小量[25]Tab.1 The minimum content needed for the stabilization of GdAG structure[25]

圖3 在室溫下于445 nm處測(cè)得的Gd3(Ga,Al)5O12∶Ce的發(fā)射光譜,插圖顯示歸一化的發(fā)射光譜[28]。Fig.3 Emission spectra for Gd3(Ga,Al)5O12∶Ce measured for excitation at 445 nm at room temperature. The inset shows the normalized emission spectra[28].

3 GdAG下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料

大部分發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)制都遵循Stokes定律，即發(fā)射光的光子能量要低于激發(fā)光的光子能量，滿足Stokes定律的發(fā)光也被稱為下轉(zhuǎn)換發(fā)光(Downconversion,DC)。下轉(zhuǎn)換過程是吸收一個(gè)高能光子放出兩個(gè)及以上低能光子的過程，可以使量子效率高于100%[31]。鑭系稀土離子發(fā)光特性主要源自4f能級(jí)之間和5d→4f能級(jí)間的電子躍遷，但發(fā)光效率比較高的是Ce、Tb和Dy[32]。這是因?yàn)樗鼈兓鶓B(tài)和最低激發(fā)態(tài)之間的能隙足夠?qū)挘种屏藷o輻射躍遷。

3.1 Ce摻雜黃色發(fā)光材料

Ce3+只含有一個(gè)4f電子，激發(fā)態(tài)電子構(gòu)型為5d1，且5d→4f躍遷是宇稱定律允許的電偶極躍遷，使Ce3+成為有效的發(fā)光中心。由于暴露的5d電子易與周圍的離子產(chǎn)生相互作用，故Ce3+發(fā)射受到4f-5d分離程度和5d能級(jí)晶體場(chǎng)的影響[33-34]。其中YAG∶Ce熒光粉是典型的藍(lán)光轉(zhuǎn)換型熒光粉，與藍(lán)光GaN芯片封裝在一起做成白光LED，但由于缺少足夠的紅光成分，表現(xiàn)出高色溫和低顯色性。YAG∶Ce雖然具有極高的發(fā)光效率和短的衰減時(shí)間，但較低截止本領(lǐng)使其很難應(yīng)用于高能射線探測(cè)等領(lǐng)域，作為YAG衍生材料之一的GdAG因此受到研究人員的關(guān)注。Dotsenko等[35]通過共沉淀法制備了(Y,Gd)AG∶Ce粉體，研究了其發(fā)光性質(zhì)。通過對(duì)比YAG∶Ce，(Y,Gd)AG∶Ce和GdAG∶Ce的發(fā)射光譜(293 K，見圖4(a))，可以看出450 nm波長(zhǎng)激發(fā)后Ce3+發(fā)射帶位于450～800 nm，并分別在550，575，580 nm處具有最高發(fā)射強(qiáng)度，Gd取代Y后導(dǎo)致發(fā)射帶變寬，最高發(fā)射強(qiáng)度往長(zhǎng)波方向移動(dòng)。圖4(b)為77 K下GdAG∶Ce的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜，可見發(fā)射帶明顯變窄，在560 nm處具有最大發(fā)射強(qiáng)度，激發(fā)光譜由275 nm與330 nm處的兩個(gè)窄帶和475 nm處的寬帶組成。在YAG∶Ce的激發(fā)光譜中未出現(xiàn)275 nm左右的窄帶，這是Gd3+的8S7/2-6IJ躍遷引起的[36]。330 nm和475 nm的激發(fā)峰由Ce3+的4f→5d躍遷引起，其中330 nm的激發(fā)峰對(duì)應(yīng)于4f→5d2躍遷，而475 nm的激發(fā)峰對(duì)應(yīng)于4f→5d1躍遷。Joshi等[37]采用燃燒合成法(Combustion synthesis)合成了GdAG∶Ce(Ce=0.7%)熒光粉，經(jīng)測(cè)試涂覆GdAG∶Ce的LED燈顯色指數(shù)CRI(Color rendition index)為86，高于YAG∶Ce的CRI值70，證實(shí)GdAG∶Ce可以成為比YAG∶Ce更理想的LED用熒光材料。 孫旭東等[38]通過碳酸鹽共沉淀工藝制備了[(Gd1-x-Lux)1-yCey]AG熒光粉，研究了其光學(xué)性能。結(jié)果表明，摻雜10%的Lu(x=0.1)就可以有效抑制GdAG高溫?zé)岱纸?，引入大半徑Ce3+離子也不會(huì)破壞石榴石結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得最佳的Ce3+濃度為1%(見圖5)，并得到Ce3+的猝滅機(jī)制為Ce3+離子之間的能量交換作用。[(Gd0.9Lu0.1)0.99-Ce0.01]AG熒光粉發(fā)射強(qiáng)度與相同Ce3+離子摻雜濃度YAG∶Ce相當(dāng)，但發(fā)射光譜具有更多的紅光成分，適用于暖白光照明。Jain等[39]通過溶膠-凝膠法合成了GdAG∶Ce納米粒子，Ce3+摻雜量為2%，量子產(chǎn)率(Quantum yield)約為32%，具有較高的發(fā)光效率。在此基礎(chǔ)上，Jain等[40]將GdAG∶Ce納米顆粒應(yīng)用于X射線光動(dòng)力療法(X-PDT)上，通過將納米粒子和光敏劑結(jié)合，經(jīng)納米粒子將X射線轉(zhuǎn)換為光敏劑吸收區(qū)域波長(zhǎng)的光，光敏劑將光轉(zhuǎn)換為活性氧(ROS)，用于癌癥治療。研究結(jié)果顯示，GdAG∶Ce納米材料可以克服癌癥治療中藥物光穿透深度有限的問題。 研究結(jié)果表明，將GdAG使用于光活化納米材料是一種新的思路，GdAG基材料可應(yīng)用于生物治療、核磁共振成像(MRI)等領(lǐng)域[41]。Zhong等[42]通過流延法結(jié)合真空燒結(jié)技術(shù)制備(Y,Gd)AG∶Ce透明陶瓷，他們發(fā)現(xiàn)制得的透明陶瓷僅有來自Y3Al5O12相的衍射峰，這歸因于摻雜的Ce3+和Gd3+離子不引起基質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變。該現(xiàn)象與李繼光等[43]報(bào)道的結(jié)果一致，當(dāng)Y3+或Al3+離子被限制在晶格中時(shí)，因?yàn)橛邢薜碾x子遷移率，相變通過YAM-YAP-YAG這種相對(duì)緩慢的反應(yīng)途徑進(jìn)行。經(jīng)測(cè)量透明陶瓷室溫下量子產(chǎn)率達(dá)90.2%，將(Y,Gd)AG∶Ce透明陶瓷切片封裝進(jìn)白光LED，測(cè)得發(fā)光效率為116.5 lm/W，色溫為6 627K，(Y,Gd)AG∶Ce透明陶瓷在高功率白光LED上有巨大應(yīng)用潛力。YAG∶Ce、LuAG∶Ce和(Gd0.9Lu0.1)AG∶Ce的CIE色度坐標(biāo)圖如圖6所示[32]。YAG∶Ce、LuAG∶Ce和(Gd0.9Lu0.1)AG∶Ce色坐標(biāo)數(shù)值分別為(0.39，0.57)、(0.31，0.58)和(0.48，0.51)，色溫分別為4 612，6 010，3 044 K，(Gd0.9Lu0.1)AG∶Ce色坐標(biāo)更靠近紅光區(qū)域。這些結(jié)果表明，GdAG∶Ce黃色發(fā)光材料適用于暖光照明、生物治療和高功率白光LED等領(lǐng)域。

圖4 (a)YAG∶Ce (3%)、(Y,Gd)AG∶Ce(3%)和GdAG∶Ce(1%)的發(fā)射光譜(293 K，450 nm激發(fā))；(b)GdAG∶Ce(1%)的激發(fā)光譜(77 K，560 nm發(fā)射)。插圖為450 nm激發(fā)時(shí)的發(fā)射光譜[35]。Fig.4 (a)Emission spectra of YAG∶Ce(3%), (Y,Gd)AG∶Ce(3%) and GdAG∶Ce(1%) at 293 K. The spectra were recorded upon excitation at 450 nm. (b)Excitation spectrum of GdAG∶Ce(1%) for the Ce3+ emission(λem=560 nm) at 77 K. The inset shows the emission spectrum upon excitation at 450 nm.

圖5 ((Gd0.9Lu0.1)1-yCey)AG熒光粉PLE(a)和PL(b)光譜，(b)中插圖是PL譜的高斯擬合圖[38]。Fig.5 PLE(a) and PL(b) spectra of the ((Gd0.9Lu0.1)1-yCey)AG phosphors calcined at 1 300 ℃. The inset in part (b) is the Gaussian fitting of the PL spectra.

圖6 LuAG∶Ce、YAG∶Ce和(Gd0.9Lu0.1)AG∶Ce的色坐標(biāo)圖[32]。Fig.6 Emission color coordinates for the LuAG∶Ce, YAG∶Ce, and (Gd0.9Lu0.1)AG∶Ce yellow phosphors[32].

3.2 Tb摻雜綠色發(fā)光材料

Tb3+是常用的激活劑之一，其發(fā)射主要來自于5D4→7FJ躍遷引起約544 nm的窄帶綠色發(fā)射，且在大多數(shù)基質(zhì)材料中均顯示出強(qiáng)的綠色發(fā)光[44]。研究發(fā)現(xiàn)，Gd3+會(huì)影響Tb3+的5D4→7F5躍遷[45]，通過在Gd3+和Tb3+之間產(chǎn)生有效能量傳遞，可進(jìn)一步改善Tb3+的綠色發(fā)光。并且Tb3+與Gd3+的離子半徑非常接近，降低了摻雜后產(chǎn)生的晶格畸變，因此用Tb3+來穩(wěn)定GdAG可以成為更好的選擇。李金凱等[46]研究了Tb3+含量對(duì)(Gd1-xTbx)AG光致發(fā)光性能的影響，通過碳酸鹽共沉淀合成前驅(qū)體并在1 500 ℃煅燒獲得(Gd1-xTbx)AG粉末，(Gd1-xTbx)AG粉末在271 nm波長(zhǎng)光激發(fā)下發(fā)射～544 nm(Tb3+的5D4-7F5躍遷)波長(zhǎng)的光。Tb3+摻雜量為10%時(shí)熒光粉具有最大發(fā)射強(qiáng)度，更高濃度摻雜會(huì)發(fā)生濃度猝滅導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度降低(見圖7)。量子產(chǎn)率也在Tb3+濃度為10%時(shí)達(dá)到最大，猝滅機(jī)制為Tb3+間的能量交換作用[47]。與YAG∶Tb和LuAG∶Tb相比，GdAG∶Tb具有相當(dāng)?shù)臒晒鈮勖透叩陌l(fā)射強(qiáng)度與量子效率，這表明GdAG∶Tb有望成為一種新型綠色熒光粉。 Park等[48]采用溶劑熱法在較低溫度制備出粒徑為92 nm摻雜不同Tb3+濃度的GdAG∶Tb納米粉體，在279 nm的紫外光激發(fā)下，其發(fā)射光譜如圖8所示。光譜顯示出綠色發(fā)射和藍(lán)色發(fā)射兩部分，低于480 nm的藍(lán)色發(fā)光來自5D3→7FJ躍遷，高于480 nm的綠色發(fā)光來自5D4→8FJ躍遷。比較綠光和藍(lán)光強(qiáng)度，Tb3+含量為0.4%時(shí)藍(lán)光強(qiáng)度最大；繼續(xù)增加Tb3+含量藍(lán)光強(qiáng)度降低，綠光強(qiáng)度繼續(xù)增加；當(dāng)Tb3+含量為5%時(shí)藍(lán)光幾乎消失，僅綠光可見，這歸因于Tb3+離子之間的交叉弛豫。再進(jìn)一步增大Tb3+濃度，綠光強(qiáng)度也開始降低，表明濃度猝滅先發(fā)生在藍(lán)光處，后發(fā)生在綠光處，這也可以解釋為什么在摻雜高濃度Tb3+時(shí)僅可見綠色發(fā)光。GdAG∶Tb熒光粉高綠色發(fā)光效率使其在顯示系統(tǒng)綠光區(qū)域具有廣闊應(yīng)用前景。

圖7 (a)(Gd1-xTbx)AG激發(fā)光譜(發(fā)射波長(zhǎng): 544 nm)；(b)(Gd1-xTbx)AG粉體形貌[46]。Fig.7 (a)PLE spectra of (Gd1-xTbx)AG phosphors(λem=544 nm). (b)FE-SEM micrograph of the (Gd1-xTbx)AG phosphors[46].

圖8 (Gd3(1-x)Tb3x)Al5O12 (x=0.3%,0.4%,0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%,5%,10%,15%)在279 nm光激發(fā)時(shí)的發(fā)射光譜[48]Fig.8 Emission spectra of (Gd3(1-x)Tb3x)Al5O12 (x=0.3%, 0.4%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 5%, 10%,15%) with an excitation wavelength at 279 nm[48]

3.3 Dy摻雜白色發(fā)光材料

Dy3+具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)，在可見光范圍內(nèi)可以同時(shí)發(fā)射藍(lán)色光(～483 nm，4F9/2→6H15/2躍遷)和黃色光(～584 nm，4F9/2→6H13/2躍遷)，通過調(diào)控藍(lán)光和黃光的比例實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，可用于白光LED、雙基色發(fā)光材料和測(cè)溫材料[49-51]。開發(fā)(Gd1-xDyx)AG熒光材料的一個(gè)重要問題是GdAG高溫不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生分解。已有研究證實(shí)，添加10%的Lu就可以有效穩(wěn)定GdAG晶格，同時(shí)Lu作為最小的鑭系元素，兼具光學(xué)惰性，在有效穩(wěn)定晶格的同時(shí)還能提高GdAG的理論密度，為開發(fā)高效(Gd,Lu)AG∶Dy發(fā)光材料奠定基礎(chǔ)。 李金凱等[52]制備了(Gd1-xLux)AG∶Dy熒光粉，發(fā)現(xiàn)材料的最佳配比為((Gd0.8Lu0.2)0.975Dy0.025)AG，合成最佳溫度為1 300 ℃，猝滅濃度為2.5%，猝滅機(jī)制為電偶極子-電偶極子交互作用。他們分析發(fā)射光譜發(fā)現(xiàn)Dy3+在265 nm光激發(fā)下的發(fā)光強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于352 nm光激發(fā)下的發(fā)光強(qiáng)度，265 nm處為Gd3+的8S7/2-6IJ躍遷，352 nm處為Dy3+的6H15/2→4I11/2+4M15/2+6P7/2躍遷。這說明Gd3+→Dy3+之間可能存在能量傳遞，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度顯著增加。((Gd0.8Lu0.2)0.975Dy0.025)AG的發(fā)射強(qiáng)度分別為(Y0.975Dy0.025)AG和(Lu0.975Dy0.025)AG的2.5倍和4倍。憑借高發(fā)光強(qiáng)度和高理論密度，GdAG∶Dy熒光粉有望用于閃爍材料領(lǐng)域。Ellen等[53]研究了(Gd,Lu)AG∶Dy的熒光性能(見圖9)，275 nm光激發(fā)時(shí),Dy濃度為1%時(shí)具有最大發(fā)射強(qiáng)度；352 nm光激發(fā)時(shí),Dy濃度為2%時(shí)具有最大發(fā)射強(qiáng)度，這是因?yàn)樵?75 nm光激發(fā)時(shí)為Gd3+吸收，能量傳遞至Dy3+;352 nm光激發(fā)時(shí)主要是Dy3+吸收。發(fā)射光譜上最大發(fā)射帶位于480 nm和580 nm處，670 nm和760 nm處發(fā)射帶強(qiáng)度較低，分別對(duì)應(yīng)Dy3+從激發(fā)態(tài)4F9/2到6H15/2、6H13/2、6H11/2和6H9/2態(tài)的躍遷。在1 200 K溫度以上時(shí)，(Gd,Lu)AG∶Dy熒光壽命才出現(xiàn)大幅降低，同時(shí)(Gd,Lu)AG∶Dy的發(fā)光特性要優(yōu)于YAG∶Dy，猝滅溫度也較高，這使其成為高溫測(cè)溫材料的有力候選者，而發(fā)光強(qiáng)度的進(jìn)一步提高可通過在275 nm處能量傳遞實(shí)現(xiàn)。這些結(jié)果表明(Gd,Lu)AG∶Dy是一種有前途可用于高溫測(cè)量的熒光材料。

圖9 室溫(Gd,Lu)AG∶Dy3+在275 nm(a)和352 nm(b)光激發(fā)時(shí)的發(fā)射光譜[53]Fig.9 Room temperature emission spectra of (Gd,Lu)AG∶Dy3+ prepared at various concentrations of Dy3+ excited at 275 nm(a) and 352 nm(b) [53]

GdAG下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在固態(tài)照明、生物成像、溫度測(cè)量等領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力，并已取得一定的研究成果。通過摻雜小半徑稀土離子，不僅穩(wěn)定了石榴石晶格，還產(chǎn)生了新的發(fā)射特性，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。

4 GdAG上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料

上轉(zhuǎn)換過程(Up-conversion,UC)也稱為反斯托克斯過程，其實(shí)質(zhì)是通過低能量激發(fā)產(chǎn)生高能量發(fā)射，這種反斯托克斯現(xiàn)象解決了短波激發(fā)的限制，上轉(zhuǎn)換發(fā)光在激光、防偽和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域也引起了科研人員的廣泛關(guān)注。稀土上轉(zhuǎn)換材料利用的是稀土離子的f-f禁戒躍遷，對(duì)激發(fā)能量要求不高，一般用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光的激活劑離子為Ho3+、Er3+和Tm3+，因?yàn)檫@些離子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)能級(jí)間距離較近，利于上轉(zhuǎn)換過程中能量傳遞。Yb3+作為敏化離子被廣泛應(yīng)用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光中，這是因?yàn)閅b3+的能級(jí)躍遷與Ho3+、Er3+和Tm3+離子的f→f躍遷能量匹配，通過Yb3+到激活劑的非輻射能量轉(zhuǎn)移敏化發(fā)光。Romanowski等[54]通過提拉法(Czochralski)制備了Ho3+/Yb3+共摻Gd3(Al,Ga)5O12單晶，研究其上轉(zhuǎn)化過程，圖10為能量轉(zhuǎn)移機(jī)制。在980 nm紅外光激發(fā)下，GAGG∶Yb,Ho晶體表現(xiàn)出黃色發(fā)光，其中980 nm附近的Yb3+的2F7/2-2F5/2吸收帶與商用激光二極管的發(fā)射波長(zhǎng)相匹配，可以通過Yb3+→Ho3+的能量轉(zhuǎn)移彌補(bǔ)Ho3+吸收帶強(qiáng)度弱的缺點(diǎn)。GAGG∶Yb,Ho上轉(zhuǎn)換機(jī)制由Yb3+-Ho3+之間的能量轉(zhuǎn)移組成，其一為2F5/2(Yb3+)+5I6(Ho3+)→2F7/2(Yb3+)+5S2(Ho3+)，其二為2F5/2(Yb3+)+5I7(Ho3+)→2F7/2(Yb3+)+5F5(Ho3+)。當(dāng)5I6能級(jí)因聲子弛豫而短暫存在時(shí)，就可見5F5-5I8上轉(zhuǎn)換紅色發(fā)射，反之表現(xiàn)出綠色發(fā)射，Yb3+和Ho3+共摻雜Gd3(Al,Ga)5O12單晶上轉(zhuǎn)換發(fā)光顏色受上述兩個(gè)能量轉(zhuǎn)移影響表現(xiàn)出黃色發(fā)射。摻雜Yb3+使GAGG∶Ho晶體具備了吸收轉(zhuǎn)換激光二極管發(fā)射出的泵浦輻射的能力，將其用于激光二極管泵浦紅外激光器上是很好的選擇。Romanowski等[55]通過提拉法工藝得到Er3+/Yb3+共摻Gd3-(Al,Ga)5O12單晶，Er3+和Yb3+能級(jí)結(jié)構(gòu)見圖11。圖12為GAGG∶Yb,Er的吸收光譜，由1 500，950，790，650，524 nm和488 nm為中心的吸收帶組成，這些吸收帶分別對(duì)應(yīng)于4I15/2至4I13/2、4I11/2、4I9/2、4F9/2、4S3/2、2H11/2和4F7/2的躍遷。GAGG∶Er在940 nm附近的Er3+吸收帶較比GAGG∶Yb,Er要低很多，這歸因于Yb3+的2F7/2→2F5/2躍遷和Er3+的4I15/2→4I11/2躍遷的吸收帶重疊，Yb3+→Er3+之間存在能量轉(zhuǎn)移。GAGG∶Yb,Er晶體更高的吸收系數(shù)和更寬的吸收帶適合于940～980 nm激光二極管泵浦光源。上轉(zhuǎn)換過程中綠光的產(chǎn)生主要受2F5/2(Yb3+)+4I11/2(Er3+)→2F7/2(Yb3+)+4F7/2(Er3+)影響，紅色發(fā)光受2F5/2(Yb3+)+4I13/2(Er3+)→2F7/2(Yb3+)+4F9/2(Er3+)影響。同時(shí)Romanowski等[55]發(fā)現(xiàn)溫度從300 K升到650 K時(shí)紅色和綠色發(fā)光均減弱，綠色發(fā)光降低得更多，這可能是上轉(zhuǎn)換發(fā)光的顏色受溫度影響。這一發(fā)現(xiàn)指出了GAGG∶Yb,Er晶體用于發(fā)光溫度計(jì)的潛在可能。Komar等[56]通過提拉法制備Gd3(Al,Ga)5O12晶體，通過摻雜其他稀土離子或不摻雜來發(fā)現(xiàn)點(diǎn)缺陷(色心、雜質(zhì))帶來的影響，圖13為Gd3(Al,Ga)5O12摻雜其他稀土離子制得單晶的圖片。通過分析吸收光譜和X射線搖擺曲線(RC)，未摻雜GAGG晶體結(jié)晶性好、熱導(dǎo)率高、固有缺陷密度少，摻雜稀土離子后產(chǎn)生的缺陷使石榴石材料顯示出不同的發(fā)光特性。李金凱等[57]制備了Yb/Tm共摻(Gd1-xLux)Al5O12熒光粉，研究其上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光特性。圖14展示了能量轉(zhuǎn)移機(jī)制，在978 nm光激發(fā)下，Yb3+從2F7/2基態(tài)能級(jí)激發(fā)到2F5/2能級(jí)，能量非輻射轉(zhuǎn)移至Tm3+并激發(fā)Tm3+，電子能量從3H6基態(tài)轉(zhuǎn)移到更高的能級(jí)，即使Tm3+含量低至0.2%，通過Yb3+能量轉(zhuǎn)移仍可見Tm3+的強(qiáng)發(fā)射，這體現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光的特有優(yōu)勢(shì)。將Yb3+和Tm3+含量分別保持在5%和0.2%，研究Lu3+摻入對(duì)((Gd1-x-Lux)0.948Yb0.05Tm0.002)3Al5O12上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響，結(jié)果如圖15所示。在487 nm處(1G4-3H6躍遷)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的藍(lán)色帶，在650 nm處(1G4-3F4躍遷)呈現(xiàn)較弱的紅色帶。將Lu含量提高至50%時(shí)，發(fā)射光位置不變，但上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度降低。這可能是Tm3+引入改變了晶體場(chǎng)環(huán)境，高濃度Lu3+將引起石榴石晶格的收縮，因此在穩(wěn)定石榴石結(jié)構(gòu)的前提下應(yīng)減少Lu含量來提高發(fā)光效率。

圖10 Ho3+和Yb3+離子的能級(jí)圖[54]

圖11 Er3+和Yb3+離子的能級(jí)圖[55]

圖12 室溫(Gd0.945Yb0.05Er0.005)3(Al,Ga)5O12的吸收光譜[55]Fig.12 Room temperature absorption spectrum for (Gd0.945-Yb0.05Er0.005)3(Al,Ga)5O12[55]

圖13 GAGG∶Yb(a)、GAGG∶Er(b)和GAGG∶Ho(c)的晶體圖片[56]。Fig.13 Photographs of typical as-grown crystals. Actually shown GAGG∶Yb (a)， GAGG∶Er(b) and GAGG∶Ho(c) [56].

圖14 Yb3+與Tm3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制[57]

圖15 (Gd1-xLux)AG∶Yb,Tm上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜[57]Fig.15 Up-conversion spectra of the (Gd1-xLux)AG∶Yb,Tm phosphors[57]

對(duì)GdAG基上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的研究展現(xiàn)了其在激光器、溫度傳感器上的潛在應(yīng)用，憑借特殊的反斯托克斯發(fā)光過程，被近紅外激發(fā)的機(jī)制可以基本消除生物自身熒光產(chǎn)生的干擾。通過設(shè)法消除生物毒性和親水性差等問題，GdAG基上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在熒光成像、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要研究?jī)r(jià)值，可以發(fā)揮重大作用。

5 GdAG單晶、薄膜和陶瓷閃爍體

隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，一些新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)如X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描、多模態(tài)生物成像技術(shù)就是閃爍體和光電探測(cè)器相結(jié)合的產(chǎn)物，這對(duì)閃爍體的性能提出了更高的要求。高性能閃爍體不僅需要較高的吸收轉(zhuǎn)換能力，還需要較高的理論密度和高輻照硬度[58]。

NaI∶Tl和CsI∶Tl是常見的單晶閃爍材料，但存在穩(wěn)定性差、響應(yīng)慢等問題。ZnWO4和CdWO4光產(chǎn)率低、可加工性差，因此需要開發(fā)新的閃爍材料。GdAG基發(fā)光材料憑借高理論密度、高原子序數(shù)、易摻雜稀土元素等優(yōu)點(diǎn)，是高性能閃爍材料的有力競(jìng)爭(zhēng)者。Kamada等[59]通過微下拉法(Micro-pulling down，μ-PD)制備了(Y,Gd)3(Ga,Al)5O12多組分石榴石單晶，并研究了其結(jié)構(gòu)和閃爍性能，如圖16所示，所得樣品為直徑2～3 mm、長(zhǎng)度10～30 mm的黃色透明狀晶體。圖17為Gd2Y1Al5-xGaxO12∶Ce的吸收光譜，結(jié)果顯示Ga3+含量增加會(huì)導(dǎo)致Ce3+位于400～540 nm的5d1激發(fā)帶產(chǎn)生藍(lán)移，位于320～370 nm的5d2激發(fā)帶產(chǎn)生紅移。研究結(jié)果表明Ga3+含量增加會(huì)導(dǎo)致晶體場(chǎng)分裂減弱，引起5d2激發(fā)帶向低能量方向移動(dòng)，5d1激發(fā)帶向高能量方向移動(dòng)。已知的是石榴石晶格中Gd3+等大離子半徑元素會(huì)增加晶體場(chǎng)分裂，這說明確定石榴石基質(zhì)中Gd3+和Ga3+的含量和比例是優(yōu)化GAGG性能的關(guān)鍵。組分為Y1Gd2Ga3Al2O12∶Ce的晶體光產(chǎn)額達(dá)4.4×108lx/MeV，閃爍衰減值為62 ns，具有比YAG∶Ce更優(yōu)異的光學(xué)性能。 在此基礎(chǔ)上，Kamada等[60]制備的GAGG∶Ce晶體光產(chǎn)額達(dá)到4.6×108lx/MeV，是被廣泛使用的LYSO∶Ce閃爍晶體光產(chǎn)額的1.4倍。GAGG∶Ce閃爍晶體閃爍體具有高光產(chǎn)額、高密度、快衰減等特性[61]，可廣泛應(yīng)用于輻射監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。Shunsuke等[62]通過Czochralski法制備了Gd3(AlxGa1-x)5O12∶Ce(0

圖16 微拉法生長(zhǎng)的(Y,Gd)3(Ga,Al)5O12單晶[59]Fig.16 Photos of(Y,Gd)3(Ga,Al)5O12 single crystals grown by the μ-PD method[59]

圖17 Gd2Y1Al5-xGaxO12∶Ce單晶吸收光譜，插圖為所有樣品Ce3+ 4f-5d1吸收峰最大值位置[59]。Fig.17 Absorption spectra of Gd2Y1Al5-xGaxO12∶Ce single crystals. In the inset, the position of 4f-5d1 absorption maxima of Ce3+ center is provided for all the sample sets[59].

圖18 1英寸(Ce0.01,Gd0.99)3(AlxGa1-x)5O12單晶。(a)x=0.5；(b)x=0.6[62]。Fig.18 View of 1-in. (Ce0.01,Gd0.99)3(AlxGa1-x)5O12 crystals, where x=0.5(a) and x=0.6(b) [62].

近年來，同步輻射器和微成像技術(shù)的發(fā)展對(duì)石榴石薄膜材料提出了新的性能要求。Zorenko等[63]報(bào)道了采用液相外延法制備不同組分的(Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12∶Ce單晶薄膜性能。 圖19所示為制備的單晶薄膜閃爍體光學(xué)照片，薄膜通過液相外延法在Gd3Al2.5Ga2.5O12(GAGG)基底上生長(zhǎng)，中間為Gd1.5Lu1.5Al2.75Ga2.25O12∶Ce(BaO)單晶薄膜在350 nm激光照射下發(fā)射出的綠黃光。制備出的(Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12∶Ce單晶薄膜光產(chǎn)額達(dá)到同樣條件制備的LuAG∶Ce單晶薄膜的1.6倍，這歸因于Ga3+和Lu3+的共摻改變了帶隙值和Ce3+晶體場(chǎng)，使Gd3-xLuxAl5-yGayO12∶Ce的能量轉(zhuǎn)移過程效率大大提高，具有更快的閃爍衰減特性，發(fā)光效率大大提高，成為極具潛力的閃爍體材料。Zorenko等[64]采用液相外延法，成功地在YAG基底上生長(zhǎng)出高質(zhì)量(Lu3-xGdx)AG∶Ce單晶薄膜(Single crystalline films)，如圖20所示。他們認(rèn)為GdAG不能通過Czochralski或其他高溫生長(zhǎng)方法制備出來，這也是GdAG單晶材料鮮有報(bào)道的重要原因。Bok等[65]通過液相外延技術(shù)在YGG(Y3Ga5O12)襯底上制備出高質(zhì)量的GAGG∶Ce單晶膜，為了證明GAGG∶Ce單晶膜質(zhì)量，與SEM(Scanning electron microscope)中常用的閃爍體YAG∶ Ce、YAP∶Ce單晶進(jìn)行了比較。 結(jié)果表明，GAGG∶Ce單晶膜具有出色的發(fā)光效率，并具有快閃爍衰減特性(50 ns)。將制備的GAGG∶Ce單晶薄膜集成在SEM電子檢測(cè)器上，圖像質(zhì)量得到有效提升，外延石榴石薄膜可用于SEM成像。

圖19 Gd1.5Lu1.5Al2.75Ga2.25O12∶Ce(PbO)(內(nèi)嵌圖左)和Gd3Al2.35Ga2.65O12∶Ce(BaO)(內(nèi)嵌圖右)的光學(xué)照片[63]Fig.19 Image of Gd1.5Lu1.5Al2.75Ga2.25O12∶Ce (PbO) (inset, left) and Gd3Al2.35Ga2.65O12∶Ce(BaO)(inset, right) SCF scintillators optical photo[63]

圖20 YAG基板上液相外延法生長(zhǎng)的Lu3-xGdxAl5-y-GayO12∶Ce單晶薄膜[64]Fig.20 Set of Ce3+ doped Lu3-xGdxAl5-yGayO12∶Ce SCFs with different x values grown by LPE method onto YAG substrates[64]

除了單晶和薄膜，石榴石閃爍陶瓷因具有摻雜濃度高、光學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)而得到積極開發(fā)。陶瓷閃爍體的透明度至關(guān)重要，因?yàn)楸仨殞㈤W爍光有效地傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器中，散射和吸收都可能降低陶瓷閃爍體材料的透明度，而多組分石榴石的立方晶體結(jié)構(gòu)有利于制備高透明閃爍陶瓷[66]。Chen等[67]用固相反應(yīng)法制備了高透明(Ce,Gd)3Al3Ga2O12陶瓷，如圖21所示。他們發(fā)現(xiàn)，在摻雜0.045%的ZrO2時(shí)可以有效抑制晶粒長(zhǎng)大，減少氣孔率，得到透過率達(dá)到73%的透明陶瓷，接近單晶76%的透過率，實(shí)現(xiàn)了低成本制備高透明石榴石陶瓷。Jian等[68]制備了Eu3+/Cr3+共摻Gd3Al5-xGaxO12透明陶瓷，其持續(xù)輻射亮度約為GGG∶Cr樣品的25倍，比廣泛使用的ZnGa2O4∶Cr3+紅色熒光粉高6倍，且以730 nm為中心的寬帶持續(xù)性發(fā)射具有較強(qiáng)的穿透能力(見圖22)，在生物成像領(lǐng)域可以得到很好的應(yīng)用。Takayuki等[69]對(duì)比了GAGG∶Ce單晶和陶瓷的閃爍性能，通過切割拋光制得1 mm 單晶和陶瓷片，兩者的量子產(chǎn)率均為89%，光產(chǎn)額分別為4.6×108lx/MeV和7.0×108lx/MeV，PL衰減時(shí)間分別為90 ns和194 ns，陶瓷在光產(chǎn)額上遠(yuǎn)超單晶，這可能與樣品厚度、Ce3+含量和散射效應(yīng)等因素有關(guān)，Omidvari等[70]通過理論計(jì)算得出石榴石閃爍晶體的理論光產(chǎn)額可達(dá)6.0×108lx/MeV。GAGG∶Ce陶瓷具有和單晶相似的物理化學(xué)性質(zhì)和激光性能，但生產(chǎn)周期短、成本低，可替代單晶應(yīng)用于固體激光器。劉永福等[71]通過真空燒結(jié)法制備了Gd3Al4GaO12∶Ce透明陶瓷，通過單個(gè)GAGG∶Ce陶瓷片實(shí)現(xiàn)了暖光照明，見圖23。所有樣品均表現(xiàn)出良好的可見光透過性。隨著Ce3+離子濃度的增加，樣品逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌赛S色，使用2 W的藍(lán)光LD(Laser diode)照射陶瓷片，可獲得色溫為3 053 K的暖白光。GAGG∶Ce透明陶瓷有望在高功率激光驅(qū)動(dòng)照明領(lǐng)域得到應(yīng)用。

圖21 1 650 ℃氧氣氣氛中燒結(jié)10 h得到的不同含量ZrO2摻雜GAGG∶Ce陶瓷[67]Fig.21 Photographs of GAGG∶Ce ceramics with different ZrO2 doping concentration sintered at 1 650 ℃ for 10 h in oxygen atmosphere[67]

圖22 不同Ga3+含量的GAGG∶Cr3+/Eu3+透明陶瓷(1 mm厚度)圖片。(a)在紫外線(254 nm)照射下(相機(jī)曝光0.05 s)；(b)停止紫外線照射后30 s(相機(jī)曝光10 s)；(c)停止紫外線照射后60 s(相機(jī)曝光10 s)；(d)不同的GAGG∶Cr3+-Eu3+透明陶瓷熒光粉的持續(xù)衰減曲線[68]。Fig.22 Photographs of the GAGG∶Cr3+/Eu3+ transparent ceramics(thickness of 1 mm) with different Ga3+ contents. (a)Under UV(254 nm) lamp(exposure of camera:0.05 s) and 30 s(b), 60 s(c) after ceasing UV illumination(exposure of camera:10 s), respectively. (d)Persistent decay curves of the GAGG∶Cr3+-Eu3+ transparent ceramic phosphors with different Ga3+ contents[68].

6 結(jié)論與展望

石榴石結(jié)構(gòu)發(fā)光材料憑借高機(jī)械穩(wěn)定性、高量子效率和高硬度等特點(diǎn)得到了廣泛研究，其中YAG∶Ce已商業(yè)化應(yīng)用。 但基于YAG∶Ce的白光LED顯色指數(shù)較低、色溫偏高，同時(shí)YAG密度低，對(duì)高能射線截止本領(lǐng)低。GdAG基發(fā)光材料可以很好地解決這些問題。GdAG中Gd3+半充滿4f層產(chǎn)生穩(wěn)定的8S7/2基態(tài)，使其非常適宜作為發(fā)光基質(zhì)材料。Gd3+特征發(fā)射峰與一些稀土離子的吸收帶重疊，可以作為敏化劑，增強(qiáng)發(fā)光。Gd3+替換Y3+導(dǎo)致Ce3+5d能級(jí)晶體場(chǎng)劈裂效應(yīng)增強(qiáng)，發(fā)光向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，能有效地增強(qiáng)顯色效果。GdAG密度高，有效原子序數(shù)大，GdAG對(duì)高能射線也具有更高的截止能力。GdAG基發(fā)光材料優(yōu)異的性能使其在固態(tài)照明、射線探測(cè)和高性能醫(yī)學(xué)顯微成像(Micro-imaging techniques)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

本文綜述了GdAG基發(fā)光材料在晶格穩(wěn)定化、下轉(zhuǎn)換發(fā)光、上轉(zhuǎn)換發(fā)光等方面的研究進(jìn)展，并探討了GdAG基單晶、薄膜和陶瓷的制備和性能，為GdAG基發(fā)光材料的研究和應(yīng)用進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。

過去對(duì)GdAG基發(fā)光材料研究不夠充分，這是因?yàn)楦邷仂褵龝r(shí)GdAG會(huì)分解。近年的研究顯示引入Y、Lu、Tb、Ga等元素可以穩(wěn)定GdAG晶格，并產(chǎn)生新的發(fā)射特性，制備的GdAG基熒光材料具有良好的發(fā)光效率和顯色指數(shù)，GAGG閃爍材料顯示出高光產(chǎn)額、快衰減、高輻照硬度等特性。最近有研究顯示GdAG在光動(dòng)力治療領(lǐng)域取得了研究進(jìn)展，其在生物活體成像、癌癥治療等領(lǐng)域的應(yīng)用前景值得關(guān)注。此外，GAGG透明陶瓷展示出極佳的光學(xué)透過性和發(fā)光性能，適用于固體激光和高功率激光照明等領(lǐng)域。

隨著晶格穩(wěn)定化研究的深入，GdAG基單晶的生長(zhǎng)技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展，GdAG基單晶的研究和應(yīng)用會(huì)蓬勃發(fā)展，前景可期。