新技术

山东大学在基于稀土掺杂YAG 单晶薄膜的固态微腔激光研究中取得新进展

近日，物理学院陈峰教授团队在晶体薄膜制备和微腔激光方面取得新进展，提出了一种名为“离子注入增强选择性腐蚀方法”的技术，用于制备稀土元素掺杂的钇铝石榴石（YAG）单晶薄膜，并基于该材料制备微腔固态激光器，实现毫瓦级的激光输出。相关研究成果以"Optically pumped Milliwatt Whispering-Gallery microcavity laser"为题发表在光学领域期刊Light:Science&Applications（影响因子19.4）。

稀土元素掺杂的YAG 晶体是最优秀的固态激光增益介质之一，具有高增益、高硬度、良好的化学稳定性和高热传导性等特点。通过掺杂各种稀土元素，可以在近红外至中红外波长范围（1 微米至3 微米）内发射激光，在传统的固体激光器中有广泛的应用。然而，YAG 晶体的高稳定性和高硬度使得它难以通过化学和物理手段进行微纳加工，从而限制了其在微纳激光系统中的应用。为了解决这个问题，研究团队将碳离子注入到Nd:YAG 晶体内，形成了一个缺陷层，利用这个缺陷层加速了化学腐蚀作用，成功地将厚度为1 微米的Nd:YAG 单晶薄膜从Nd:YAG 块状晶体中剥离出来，最大剥离面积为10×0.1 mm2。基于这个晶体薄膜，他们制备了直径为30 微米的耳语回廊模式固态微腔激光器，微腔的Q 值为2.8×105。微腔激光的最大输出功率为1.1 mW，最大光转化效率为12.4%，这些参数是目前报道的微腔固态激光器的最大值。此外，研究人员还制造了独特的偏心微腔，实现了有效的自由空间泵浦光耦合，促进了微腔与波导的集成。这项研究为构建紧凑型光子源提供了一个新路径。

（山东大学）

包头稀土研究院杭州分院攻克稀土耐磨材料制备技术

日前，包头稀土研究院杭州分院成功攻克耐磨涂层过渡层用稀土材料制备技术，所合成的稀土改性涂层结合强度好，耐磨性能比单一氧化铝涂层提高2～10 倍，在冶金、发电及船舶等行业中的管道、风机叶轮、皮带轮等部件具有广阔应用前景。

包头稀土研究院杭州分院从解决包钢金属设备、材料在实际使用过程中摩擦磨损严重等实际问题入手，利用氧化物及合金耐磨陶瓷涂层具有耐磨性能好、涂层与基体材料结合强度高、涂层质量小等优点，在耐磨陶瓷涂层中引入可细化晶粒、净化组织、产生固溶强化和弥散强化的稀土元素，改善涂层的微观组织结构和力学性能，提高涂层的耐磨性。基于成熟的理论支持，包头稀土研究院杭州分院组织专业技术人员开展稀土耐磨材料制备技术攻关，通过一系列制备工艺调整，攻克了制备技术障碍，成功利用高丰富富余稀土元素如镧、铈、钇等，合成高炉煤气管道耐磨陶瓷涂层，有效提升了管道耐磨性能，降低输送耗能，还拓展了包钢集团公司高丰度镧铈稀土元素的高值化利用。

接下来，包头稀土研究院杭州分院将按照成功研制的生产技术编制实际生产工序，实现耐磨涂层过渡层用稀土材料工业化批量生产，实现科研技术的市场转化和效益产出，推动科研项目开发不断进步。

(包钢集团)

上海大学理学院在分子水平的稀土上转换发光领域取得重要进展

近日，理学院孙丽宁教授团队在分子水平的稀土上转换发光领域又取得重要进展，相关研究结果以“Upconversion Luminescence in Mononuclear Yb/Sm Co-crystal Assemblies at Room Temperature”为题发表在化学顶级学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。

由于稀土离子具有丰富的能级及4 f 电子跃迁的特性，使得某些稀土材料具有独特的上转换发光性能，能够将低能量的近红外激发光转换为高能量的可见光或紫外光发射，近年来稀土上转换发光已被广泛应用于多个前沿领域。目前，稀土上转换发光现象的研究主要集中于无机基质中，例如块状材料、荧光粉和纳米颗粒等。在很长一段时间里，上转换发光被认为不可能在分子配合物中实现，主要原因是分子配合物中的-CH,-OH 和-NH 基团能够通过非辐射跃迁的方式猝灭本身就很弱的上转换发光。

近日，上海大学理学院化学系孙丽宁教授团队设计了一种Yb/Sm 共晶聚集体，该聚集体由单核Yb 分子配合物和单核Sm 分子配合物组成，在980 nm 近红外光的激发下，能量通过协同敏化上转换和能量转移上转换的方式传递给Sm3+离子，实现了Sm3+离子的上转换发光；同时在360 nm 的紫外光激发下，该Yb/Sm 共晶聚集体也能够发射出Sm3+离子的下转移发光。除了荧光光谱的结果，下图照片也显示出，分别在360 nm 与980 nm 波长光激发下，肉眼能够清楚地观察到该Yb/Sm 聚集体的单晶都能够呈现出亮丽的橙红色发光。此外，该团队进一步研究了不同比例的分子配合物组合对Sm3+离子发光的影响，当Yb3+:Sm3+的摩尔比为1:1 时其发光强度最强，同时也探究了下转移和上转换发光过程的荧光寿命变化等。该团队对Yb/Sm 共晶聚集体的结构和能量传递机理进行了系统的表征和讨论，创新性的实现了分子配合物中Sm3+离子的上转换发光，这为设计新型分子上转换发光体系打开了崭新的思路。

(上海大学理学院)