摘要
本文簡要介紹了稀土發光的原理、上轉換發光材料的發展簡史、紅外上轉換發光材料的應用以及目前的研究現狀。以PbF2為基質材料，ErF3為激活劑，YbF3為敏化劑，通過高溫固相反應制備了PbF2: Er，Yb上轉換發光材料。重點討論了制備過程中燒結時間和燒結溫度對紅外激光顯示材料發光效果的影響。研究了1064nm激光激發的Er3+/Yb3+發光體系的熒光光譜和上轉換發光特性。實驗表明，該材料在1064nm激光激發下可發射綠色和紅色熒光，是壹種新型紅外激光顯示材料。
關鍵詞:1064nm上轉換紅外激光顯示Er3+/Yb3+
摘要
本文簡單介紹了稀土發光機理，系統闡述了上轉換材料的發展及其應用。還介紹了紅外上conv轉換發光的研究現狀。以PbF2為基質，ErY3為激活劑，YbF3為敏化劑，采用高溫固相反應合成PbF2: Er，Yb上轉換材料。重點討論了燒結溫度、燒結時間等因素對紅外激光顯示材料發光性能的影響。研究了Er3+/Yb3+的發光體系、熒光光譜及其以1064nm LD為激發源的上轉換特性。實驗結果表明，在1064nm LD激發下，觀察到強烈的綠光和楔形上轉換發射，這是壹種新型的紅外激光顯示材料。
關鍵詞:1064nm上轉換紅外激光顯示材料Er3+/Yb3+3
目錄
摘要
摘要
第壹章簡介1
1.1稀土元素光譜理論簡介
1.1.1稀土元素簡介1
1.1.2稀土離子能級1
1.1.3晶場理論II
1.1.4矩陣點陣2的影響
1.2上轉換發光材料的研制3
1.3 4上轉換發光的基本理論
1.3.1激發態吸收4
1.3.2光子雪崩上轉換4
1.3.3能量轉移上轉換5
1.4 6的敏化機理和摻雜方式
1.4.1敏化機制6
1.4.2摻雜模式7
1.5上轉換發光材料的應用8
1.6本論文的目的和內容8
第二章紅外激光顯示材料的合成與表征10
2.1紅外激光顯示材料的合成
2.1.1實驗藥物10
2.1.2實驗儀器10
2.1.3樣品制備11
2.2紅外激光顯示材料的表征12
2.2.1 XRD 12
2.2.2熒光光譜12
第三章結果和討論14
3.1基質材料的測定
3.2焊劑15的選擇
3.3燒結時間的確定15
3.4燒結溫度的確定16
3.5摻雜濃度的確定17
結論21
參考文獻22
感謝23第壹章簡介
1.1稀土元素光譜理論簡介
1.1.1稀土元素簡介
稀土元素是指周期表中的IIIB族，原子序數為21的鈧(SC):釔(Y)和原子序數為57至71的鑭系元素中的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(nd)和鉕(Pm)。
稀土元素的原子具有未填充的4f和5d電子構型，因此具有豐富的電子能級和長壽命的激發態。有20多萬個能級躍遷通道，可以產生各種輻射吸收和發射。稀土化合物的發光是基於它們的4f電子在f-f構型內或f-d構型之間的躍遷。
稀土發光材料有很多優點:
(1)與普通元素相比，稀土元素4f由於其電子層構型而具有多種熒光特性。
(2)稀土元素由於4f電子處於記憶軌道，被外層S、P軌道有效屏蔽，不易受外界環境幹擾。4f能級差很小，f-f躍遷呈現尖銳的線性光譜，因此發光色純度高；
(3)熒光壽命從納秒到毫秒跨越6個數量級；
(4)吸收激發能量能力強，轉換效率高；
(5)理化性能穩定，能承受高功率電子束、高能輻射和強紫外光的作用。
1.1.2稀土離子能級
稀土離子有4f電子殼層，但在原子和自由離子狀態下，由於宇稱禁止不能發生f-f電子躍遷[3&: 7]。在固體中，禁宇稱由於奇晶場項而被解除，可以發生f-f躍遷。4f軌道的主量子數為4，軌道量子數為3，比其他S、P、D軌道量子數大，能級更多。除了f-f躍遷，還有4f-5d，4f-6s和4f-6p電子躍遷。由於5d、6s、6p的能級處於較高能級，躍遷波長較短，除少數離子外，大部分處於真空紫外區。由於4f殼層被5s2和5p6殼層屏蔽，對外場不敏感，所以其能級和光譜具有固體中原子態的特征。所以f-f躍遷的光譜是銳線，4f殼層到其他構型的躍遷是帶譜，因為其他構型是殼層，受環境影響很大。
稀土離子通常在化合物中以三價形式出現，在可見光和紅外區域觀察到的大多數光譜屬於4fN構型內的躍遷。給定組態後確定譜項的壹般方法是利用角動量耦合和泡利原理選擇合理的譜項，但這種方法相當麻煩，在電子和量子數較多時容易出錯。所以不適合稀土離子。利用群論的方法，U7 & gtR7 & gtG2 & gtR3基團鏈的分支規則可以方便地給出4fN構型的所有正確譜項。通常光譜項的總軌道角動量量子數用大寫英文字母表示，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q...分別代表總軌道角動量的量子數為0，1。在光譜學中，光譜項用符號2S+1L表示。
1.1.3的晶體場理論
晶體場理論認為，當稀土離子摻雜到晶體中，受到周圍晶格離子的影響，其能級與自由離子不同。這種影響主要來自於周圍離子產生的靜電場，通常稱為晶場[2]。晶場改變了離子的能級分裂和躍遷幾率。稀土離子在固體中形成典型的離散發光中心。在分立的發光中心，參與發光躍遷的電子是形成中心離子本身的電子，電子的躍遷發生在離子本身的能級之間。中心的發光性質主要取決於離子本身，而基質晶格的影響是次要的。
稀土離子的4f電子能量高於5s和5p軌道，但5s和5p軌道在4f軌道之外，所以5s和5p軌道上的電子可以屏蔽晶場，大大降低了4f電子對晶場的影響。晶場對稀土離子4f電子的影響遠小於電子間的庫侖相互作用和4f電子的自旋軌道相互作用。考慮到電子間的庫侖相互作用和自旋軌道相互作用，4f電子能級用2J+1lj表示。晶場會以總角動量量子數j分裂能級，分裂的形式和大小取決於晶場的強度和對稱性。稀土離子的4f能級分裂對周圍環境(配位、晶場強度、對稱性)非常敏感，可以作為探針研究稀土離子在晶體、非晶材料、有機分子和生物分子中的局域環境結構，而2J+I LJ能級的重心在不同晶體中幾乎相同，稀土離子的4f電子發光具有特征性，根據譜線位置很容易鑒別出稀土離子在發射什麽。
1.1.4矩陣點陣的影響
矩陣晶格對f→d躍遷的光譜位置有很大的影響，它對f→f躍遷的影響表現在三個方面:
(1)能改變三價稀土離子在晶位的對稱性，使不同躍遷的光譜強度發生明顯變化；(2)它能影響某些能級的分裂；(3)某些基質中的陰離子基團可以吸收激發能量並轉移到稀土離子上使其發光，即基質中的陰離子基團起敏化中心的作用。特別是當陰離子基團的中心離子(Me)與中間的氧離子O2-和取代基質中陽離子位置的稀土離子(re)形成直線時，即Me-O-RE接近180時，基質陰離子基團對稀土離子的能量轉移最有效。
1.2上轉換發光材料的發展
發光是指物體內部以某種方式吸收的能量轉化為光輻射的過程。發光光學的內容包括物體發光的條件、過程和規律，發光材料和器件的設計原理、制備方法和應用，光與物質的相互作用。發光物理及其材料科學在信息、能源、材料、航空航天、生命科學和環境科技等領域的應用必將推動光電子產業的快速發展，對全球信息高速公路的建設和國民經濟與科技的發展將起到決定性的推動作用。三價鑭系稀土離子電子能譜豐富，因為稀土原子的電子構型中存在4f軌道，為各種能級躍遷創造了條件。在適當波長的激光激發下，可以產生許多激光線，這些激光線可以從紅外光譜擴展到紫外光譜。因此，稀土離子發光的研究壹直受到人們的關註。
20世紀60年代末，Auzel在鐿鎢酸鈉玻璃中偶然發現Yb3+摻雜到基質材料中時，Er3+、Ho3+、Tm3+等稀土離子在紅外光的激發下可以發出可見光，提出了“上轉換發光”的觀點[5&: 4]。所謂上轉換材料，是指在光的激發下，能夠發出比激發波更短的熒光的材料。其特點是激發光的光子能量低於發射光的光子能量，違反了斯托克斯定律。因此，上轉換發光也被稱為“反斯托克斯發光”。
自20世紀70年代以來，對上轉換的研究轉向了單頻激光上轉換。20世紀80年代，由於半導體激光泵浦源的發展和發展可見光激光器的需求，發展迅速。特別是近年來，隨著激光技術和激光材料的進壹步發展，頻率上轉換在緊湊型可見光激光器、光纖放大器等領域的巨大應用潛力引起了科學工作者的興趣，將上轉換發光的研究推向了高潮，取得了突破性的實用化進展。隨著上變頻材料研究的深入和激光技術的發展，人們正在考慮拓寬其應用領域，將已有的研究成果轉化為高科技產品。在65438到0996年的CLEO大會上，唐寧與麥克法蘭等人合作，提出了三色立體顯示的方法。雙頻上轉換三維顯示被評為65438-0996物理學最新成果之壹。這種顯示方式不僅可以再現各種物體的三維圖像，還可以隨意顯示各種由計算機處理的高速動態三維圖像，具有充分的固化、物化、高分辨率、高可靠性和運行速度。上轉換發光材料的另壹個顯著應用是熒光防偽或安全識別，這是壹個新的研究方向，具有極其廣闊的應用前景。在紅外光的激發下，發射出多條可見譜線，每條譜線的相對強度對上轉換材料的基質材料和材料的制作工藝敏感，因此不易偽造，保密性強，防偽效果非常可靠。
目前研究的稀土離子主要集中在Nd3+、Er3+、Ho3+、Tm3+和Pr3+等三價陽離子。Yb3+離子因其獨特的能級特性而成為最常用的敏化離子。壹般來說，要制備高效的上轉換材料，首先要找到合適的基質材料。目前上轉換材料有上百種，包括玻璃、陶瓷、多晶粉體和單晶。其化合物可分為:(1)氟化物；(2)氧化物；(3)鹵氧化物；(4)硫氧化物；(5)硫化物等。
到目前為止，上轉換發光的研究已經取得了很大的進展，在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃以及各種晶體中都獲得了不同稀土離子的藍綠色上轉換熒光。
1.3上轉換發光的基本理論
通過多光子機制將長波輻射轉換為短波輻射稱為上轉換，其特點是吸收光子的能量低於發射光子的能量[2 & amp；8]。稀土離子的上轉換發光是基於稀土離子的4f電子能級之間的躍遷。由於4f殼層電子對4f電子的屏蔽作用，4f電子態之間的躍遷受基質影響很小，每個稀土離子都有其確定的能級位置，不同稀土離子的上轉換發光過程不同。目前，上轉換過程可以歸結為三種形式:激發態吸收、光子雪崩和能量轉移上轉換。
1.3.1激發態吸收
激發態吸收(ESA)是上轉換發光中最基本的過程，如圖1-1。首先，發射中心在基態E0的電子吸收壹個ω1的光子，躍遷到中間亞穩態E1。E1上的電子吸收另壹個ω2的光子，躍遷到高能級E2。當處於能級E2的電子躍遷到基態時，它發射高能光子。
圖1-1上轉換激發態吸收過程
1.3.2光子雪崩上轉換
1979年首次在LaCl3∶Pr3+材料中發現光子雪崩上轉換發光。在1997中，N. Rakov等人報道了在摻Er3+的氟化物玻璃中也發生雪崩上轉換。由於它可以作為上轉換激光的激發機制，引起了廣泛的關註。“光子雪崩”的過程是激發態吸收和能量傳輸的結合，如圖1-2所示。在四能級系統中，Mo、M1和M2分別是基態和中間亞穩態，E是發射光子的高能級。激發光對應M1 → E的* * *振動吸收，雖然激發光的光子能量不隨基態吸收振蕩，但在E和M2之間總會有少量基態電子被激發，然後弛豫到M2。M2上的電子和其他離子的基態電子有能量轉移I，導致兩個電子位於M1。壹個M1的電子在吸收壹個ω1的光子後被激發到高能級E。E能級的電子與其他離子的基態相互作用產生能量轉移II，然後產生三個位於M1的電子。這樣E能級的電子數就像雪崩壹樣迅速增加。當E能級的電子躍遷到基態時，發射出能量為ω的高能光子。這個過程是上轉換“光子雪崩”過程。
圖1-2光子雪崩上轉換
1.3.3能量轉移上轉換
能量轉移(簡寫為ET)是指兩個能量相近的激發態離子通過非輻射過程耦合，壹個回到低能態，將能量轉移給另壹個離子，使其躍遷到更高能態。圖1-3列舉了幾種可能的能量轉移方式:(a)是最常見的能量轉移方式，處於激發態的施主離子將能量轉移給處於激發態的受主離子，使受主離子躍遷到更高的激發態；(b)該過程被稱為多步連續能量轉移。在這個過程中，只有施主離子才能吸收入射光子的能量。受體離子通過激發態的施主離子和基態的受體離子之間的第壹次能量轉移被轉移到中間態，然後受體離子通過第二次能量轉移被激發到更高的激發態。(c)該過程可以被稱為交叉弛豫上轉換(簡稱CR)，它通常發生在相同的離子之間。在這個過程中，兩個相同的離子通過能量轉移，使壹個離子躍遷到較高的激發態，另壹個離子弛豫到較低的激發態或基態；(d)該過程是協同發光過程的示意圖。兩個被激發的稀土離子在沒有第三個離子參與的情況下直接發光。他的壹個明顯特點是，沒有與發射光子能量匹配的能級，這是壹種奇怪的上轉換發光現象；(e)過程為協同敏化上轉換，激發態的兩個稀土離子同時躍遷到基態，受主離子躍遷到更高能態。
(a)壹般能量轉移(b)多步連續能量轉移
(c)交叉弛豫能量轉移(d)協同發光能量轉移。
(e)合作敏化上轉換能量轉移
圖1-3幾種能量傳遞過程示意圖
稀土離子的上轉換發光是壹個多光子過程。在多光子過程中，激發光的強度與上轉換熒光的強度具有以下關系:
維生素∝激發
其中Itamin表示上轉換熒光的強度，Iexcitation表示激發光的強度，上轉換熒光強度與激發光強度之間的曲線在雙對數坐標中是壹條直線，其斜率為上轉換過程所需的光子數n。這種關系是判斷上轉換過程是否為多光子過程的有效方法。
1.4的敏化機理和摻雜方式
1.4的敏化機理
敏化是提高稀土離子上轉換發光效率的常用方法[9]。其本質是敏化離子吸收激發能量，並將能量傳遞給激活離子，從而實現激活離子高能粒子的布居，從而提高激活離子的轉換效率。這個過程可以表示如下:
Dexc+A→D+Aexc
d代表施主離子，A是受主離子，下標“exc”表示離子處於激發態。Yb3+離子因其獨特的能級結構而成為最常用和最重要的敏化離子。
(1)直接上轉換敏化
對於摻雜稀土激活中心(如Er3+，Tm3+，Ho3+)和敏化中心Yb3+ * *，Yb3+的2F5/2能級在910-1000nm有很強的吸收，吸收波長與大功率紅外半導體激光器的波長相匹配。如果敏化中心Yb3+被激光直接激發，通過Yb3+離子向激活中心的多步能量轉移，稀土激活中心可以被激發到高能級，產生上轉換熒光。這種過程會導致上轉換熒光的明顯增強，稱為直接上轉換敏化。圖1-4以Yb3+/Tm3+***摻雜為例說明激發過程。
圖1-4直接上轉換敏化
(2)間接上轉換敏化
由於Yb3+離子在910-1000 nm範圍內吸收泵浦激光，且泵浦激光的穿透深度很小，雖然在表面直接上轉換敏化可以大大提高上轉換效率，但不能應用於上轉換光纖系統。針對這種情況，國際和1995-1996首次提出了“間接上轉換敏化”方法[7]。在Tm3+/Yb3+雙摻雜體系中首次提出了間接上轉換敏化的模型:當激活中心為Tm3+時，如果激發波長與Tm3+的3H6→3H4吸收* *，激活中心Tm3+將被激發到3H4能級，然後3H4能級的Tm3+離子與2F5/2能級的Yb3+離子轉移能量。然後激發態2F5/2的Yb3+離子與Tm3+轉移能量，實現Tm3+在1G4能級的布居，從而通過Tm3+→Yb3+→Tm3+的能量過程，間接激發Tm3+離子到1G4的更高能級。導致Tm3+離子的藍色上轉換熒光。圖1-5為間接上轉換敏化示意圖。考慮到稀土離子的敏化和上述上轉換機理，實現上轉換發光需要考慮以下幾點:(1)敏化離子在激發波長具有較大的吸收截面和較高的摻雜濃度；(2)敏化離子和活化離子之間有很大的能量轉移幾率；(3)激活離子的中間能級壽命較長。
圖1-5間接上轉換敏化
1.4.2摻雜模式
表1-1列出了目前研究較多的摻雜體系，表中還列出了某壹摻雜體系對應的激發波長、基質材料和敏化機理。
表1-1常見摻雜系統
稀土離子復合激發波長基質材料的敏化機理
單摻雜Er3+980納米氧化鋯納米晶體—
Nd3+576納米氧化鋅–二氧化矽–B2 O3—
tm3+660納米AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —
雙摻Yb3+:Er3+980nm ca 3 al 2 ge 3 o 12玻璃的直接敏化
Yb3+:Ho3+980 nm YVO4直接敏化
Yb3+:TM3+800 nm氟氧化物玻璃的間接敏化
Yb3+:TB3+1064 nm矽溶膠-凝膠玻璃協同敏化。
Yb3+:Eu3+973 nm矽溶膠-凝膠玻璃協同敏化
yb3+:PR3+1064nm ln F3/Zn F2/Sr F2 ba F2/ga F2/NaF直接敏化。
Nd3+:PR3+796 nm鋯F4基玻璃的直接敏化
三摻雜Yb3+:Nd3 Yb3+:Nd3+:Tm3+800n m Zr F4基玻璃的間接敏化
Yb3+:Nd3 Yb3+:Nd3+:Ho3+800n m Zr F4基玻璃的間接敏化。
Yb3+:Er3+Yb3+:Er3+:Tm3+980nm pbf 2:CD F2玻璃的直接敏化。
1.5上轉換發光材料的應用
摻雜稀土的基質材料在波長較長的紅外光激發下，可以發出波長較短的紅、綠、藍、紫等可見光。壹般上轉換可見光包含多個波段，每個波有多條譜線，這些譜線的不同強度組合可以合成不同顏色的可見光[7]。摻雜離子、基體材料和樣品制備條件的變化都會引起各熒光帶相對強度的變化。不同樣品的譜線強度分布與色比有唯壹的關系(我們把上轉換熒光光譜中每個熒光帶內的峰相對強度比定義為色比，通常以某壹帶的峰強度為準)。因此，上轉換發光材料可以應用於熒光防偽或安全識別。上轉換發光材料在熒光防偽或安全識別應用中的研究重點之壹是制備具有高上轉換效率和特性的防偽材料，上轉換熒光防偽材料的顏色比例可以通過比例控制；即通過調節稀土離子的種類和濃度以及基質材料的種類、結構和比例，可以控制色比關系。
1.6本文的目的和內容
Nd:YAG激光器發射1064nm激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚變等領域具有廣泛的應用價值，是最常用的激光波段。但由於1064nm的紅外光是人眼看不到的，所以需要對激光響應為1064nm的紅外激光顯示材料制作的顯卡進行對準校正。
本文以氟化物為基質，摻雜稀土離子，通過配方和工藝研究制備了響應1064nm的紅外激光顯示材料。研究了配料比、燒結溫度、氣氛和時間對粉末性能的影響。用XRD和熒光光譜分析對粉末進行了表征。確定了最佳燒結溫度和配比，最終獲得了在1064nm處具有優異紅外轉換性能的紅外激光顯示材料。
第二章是紅外激光顯示材料的合成與表征。
經過多年的研究，紅外響應發光材料取得了很大的進展，在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃和各種晶體中實現了不同稀土離子摻雜的藍綠上轉換熒光。但上轉換熒光的效率遠沒有實用化，尤其是藍光，更低。因此，尋找新的紅外激光顯示材料仍在研究中。本文主要研究響應1064nm的發光材料。
本章研究了er3+/yb3+雙摻雜基質材料的藍綠上轉換熒光，得到了發光效果良好的稀土氟化物摻雜紅外激光顯示材料，並得到了壹些有意義的研究結果。
2.1紅外激光顯示材料的合成
2.1.1實驗藥物
(1)合成材料使用的主要化學試劑有:LaF3、BaF2、Na2SiF6、NaF、氫氟酸、濃硝酸等。稀土化合物為Er2O3和Yb2O3，純度在4N以上。
(2)制備2)ErF3和YbF3
實驗室合成了用於制備Yb3+/Er3+* *摻氟紅外激光顯示材料的ErF3和YbF3。
實驗中使用了稀土氧化物。稱取適量Er2O3和Yb2O3，置於燒杯1和燒杯2中，滴加少量過量的硝酸(濃度約8mol/L)，在恒溫磁力攪拌器中攪拌，直至燒杯1中出現粉紅色溶液，燒杯2中出現無色溶液。它的化學反應如下:
Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2O
Yb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O
然後在燒杯1和燒杯2中分別加入氫氟酸，在燒杯1中生成粉紅色ErF3沈澱，在燒杯2中生成白色絮狀YbF3沈澱。化學反應如下:
Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3
Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3
產生的ErF3和YbF3沈澱用循環水多用真空泵分離，並用蒸餾水多次洗滌。將從溶液中分離出的沈澱物倒入燒杯中，放入電熱恒溫幹燥箱中，在65438±000℃下保持65438±02小時，得到實驗所需的ErF3和YbF3，放入廣口瓶中備用。
2.1.2實驗儀器
SH23-2恒溫加熱磁力攪拌器(上海美鷹普儀器制造有限公司)
PL 203電子分析天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)
202-0AB電熱恒溫幹燥箱(天津測試儀器有限公司)
SHB-111循環水多用途真空泵(鄭州長城科工有限公司)
WGY-10熒光分光光度計(天津董罡科技發展有限公司)
DXJ-2000晶體分析儀(丹東方圓儀器有限公司)
1064納米半導體激光器(長春新產業光電技術有限公司)
4-13箱式電阻爐(沈陽節能電爐廠)
2.1.3樣品制備
(1)實驗方法
本實驗的樣品制備方法是:以稀土化合物YbF3、ErF3和基質氟化物為原料，引入適當的助熔劑，采用高溫固相法合成紅外激光顯示材料。
高溫固相法是將高純發光基質、激活劑、輔助激活劑和助熔劑微粉化，機械混合均勻，在較高溫度下進行固相反應，冷卻後粉碎過篩，得到樣品[8]。這種固體原料混合物以固態形式直接參與反應的固相反應法，是制備多晶粉末紅外激光顯示材料應用最廣泛的方法。在室溫下，固體壹般不會相互反應。高溫固相反應過程分為兩部分:產物成核和生長。晶核的形成壹般比較困難，因為在成核的過程中，原料的晶格結構和原子排列必須進行大幅度的調整甚至重排。很明顯，這種調整和重排消耗了大量的能量。所以固態反應只能在高溫下進行，反應速度通常很慢。根據Wagner反應機理，影響固體反應速度的重要因素有三個:①反應固體之間的接觸面積和表面積；(2)產物相的成核速率；(3)離子通過各相，尤其是通過產物相的擴散速度。而任何固體的表面積都是隨著其粒徑的減小而急劇增大的，所以在固相反應中充分研磨反應物是非常必要的[6]。同時，由於反應過程中不同反應物和產物相之間的不同界面處相組成可能不同，產物組成可能不均勻，因此固相反應需要多次研磨才能使產物組成均勻。另外，如果體系有氣相和液相，往往可以幫助物質的傳輸，在固相反應中發揮重要作用，所以在固相反應制備發光材料時，往往要加入適量的助熔劑。在有助熔劑存在的情況下，高溫固相反應的傳質過程可以通過蒸發-冷凝、擴散和粘性流動等多種機制進行。
(2)實驗步驟
根據配方中各組分的摩爾百分含量(表3-1，表3-2和表3-3給出了主樣品的組成和摻雜稀土離子的濃度)，準確計算出各試劑的質量，用電子天平準確稱量，將原料放入瑪瑙研缽中，研磨均勻，放入陶瓷坩堝中(固體粉末約占坩堝體積的1/3)。冷卻後，得到實驗中描述的紅外激光顯示材料樣品。圖2-1是實驗流程圖:
圖2-1實驗流程圖
2.2紅外激光顯示材料的表征
2.2.1 XRD
x射線衍射分析是研究晶體精細結構、物相分析、晶粒組裝和取向的最有效方法之壹[10 & amp；9]。使用粉末晶體或多晶體作為樣品的X射線衍射分析通常被稱為粉末X射線衍射分析。Hugo M.Rietveld在1967中，鑒於計算機處理大量數據的能力，提出了粉末中子衍射結構分析中全粉末衍射圖的最小二乘擬合結構校正法。1977年，Malmros等人將該方法引入X射線粉末衍射分析，Rietveld分析的研究開始迅速發展[16 &；10]。
本實驗采用丹東方圓儀器有限公司生產的DXJ-2000晶體分析儀采集粉末樣品的數據。主要測試參數為:Cu靶Kα線，管壓45kV，管流35Ma，狹縫DSlmm，RS0.3mm，SS1 mm，掃描速度10度/分(正常掃描)，0.02度/分。通過測試，可以明確所制備的材料是否形成了具有特定晶體結構的晶相，也可以簡單判斷基質中是否存在第二相或者摻雜物質是否隨著摻雜量的增加而與基質形成固溶體。