Sr2+修饰的铒掺杂碲磷酸盐玻璃陶瓷：结构调控与发光性能增强研究

本研究针对碲磷酸盐玻璃材料热稳定性差、稀土离子发光效率低等问题，通过调控BaO/SrO和BaF2/SrF2摩尔比，成功制备出含BaSrEr3O8（~75 nm）和Ba4Er3F17（~85 nm）纳米晶的透明玻璃陶瓷（GCs），使Er3+离子发光强度显著提升，为光电子器件开发提供新材料。

　　

在光学材料领域，碲酸盐玻璃因其独特的宽透光范围（可达6 μm）、低声子能量（约750 cm^-1）和高非线性折射率（20-50×10^?20 m²/W）而备受关注。然而，高TeO₂含量玻璃易出现热稳定性差和相分离问题，且稀土离子在非晶基质中的发光效率受限。传统磷酸盐和硼酸盐玻璃虽熔点低（<800°C），却存在吸湿性缺陷。如何通过组分设计实现兼具优异热稳定性和高效发光的材料，成为该领域的关键科学问题。

波兰国家科学中心（National Science Center, Poland）和克拉科夫AGH大学（AGH University of Krakow）的研究团队创新性地采用Sr²⁺（离子半径1.26 ?）替代Ba²⁺（1.42 ?），系统研究了TeO₂-P₂O₅-BaO-SrO-ZnO-Na₂O-Er₂O₃（氧化物体系）和TeO₂-P₂O₅-BaF₂-SrF₂-ZnF₂-Na₂O-Er₂O₃（氧氟化物体系）两类材料的性能演变规律。研究发现Sr²⁺的引入能有效解聚玻璃网络，促进非桥氧（NBO）形成，为后续可控结晶创造有利条件。该成果发表于《Optical Materials》，为开发新型光放大器和固态激光器材料提供了重要理论依据。

关键技术方法包括：1）熔融淬火法制备基础玻璃；2）X射线衍射（XRD）和差热分析（DTA）表征非晶态特性与热稳定性；3）傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析Te(F)O₄/Te(F)O₃/Qⁿ磷酸盐单元结构演变；4）可控热处理诱导BaSrEr₃O₈和Ba₄Er₃F₁₇纳米晶析出；5）发光性能测试对比玻璃与玻璃陶瓷的Er³⁺离子发射特性。

【SrO-modified Er³⁺-doped oxide glasses and transparent glass-ceramics】
通过DTA分析发现，SrO含量超过10 mol%会导致熔体冷却时自发结晶。FTIR显示Sr²⁺促使Te-O-Te键断裂，形成更多Te(F)O₃末端单元。热处理后XRD确认析出单相BaSrEr₃O₈纳米晶（~75 nm），其结晶机制源于Sr²⁺改性的预解聚网络结构。

【Discussion】
结构演变方面，Sr²⁺的场强效应显著降低玻璃网络聚合度，氧氟化物体系中SrF₂使Q²→Q¹转化率提升37%。结晶行为分析表明，SrO/SrF₂通过降低键能促进成核剂迁移，使Ba₄Er₃F₁₇结晶活化能降低15%。发光增强机制源于Er³⁺进入晶格后晶体场对称性改变，其⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁截面增大2.3倍。

【Conclusions】
该研究证实BaO/BaF₂与SrO/SrF₂的摩尔比调控是实现可控结晶的关键：1）氧化物体系中10 mol% SrO促发BaSrEr₃O₈选择性结晶；2）氧氟化物体系5 mol% SrF₂诱导Ba₄Er₃F₁₇单相形成；3）Er³⁺在晶相中的量子效率比玻璃相提高4.8倍。这项工作为设计具有定向发光特性的功能化玻璃陶瓷提供了组分-结构-性能关系的完整解决方案，在MIR光纤放大器、固态激光器等器件中具有明确应用前景。