通过化学气相沉积陶瓷共晶体系生成新型固态荧光粉的3D图案

当多个固相从液相凝固时，通过自组织现象形成三维 (3D) 图案，就会产生金属和陶瓷的共晶结构。传统上，人们认为共晶结构只能通过熔融凝固过程获得。

横滨国立大学 (YNU) 的研究人员开发了一种化学气相沉积 (CVD) 工艺，允许前体气体在 YAG(钇氧化铝石榴石)-氧化铝陶瓷共晶系统中发生反应并生成具有有序结构的固态复合材料。

在他们的研究中，他们观察了在富铝条件下蓝宝石晶片上的氧化铝基质内空间有序的棒状和层状 YAG 晶体的生长。相反，在富含 Y 的条件下，他们观察到 YAG 基质中有序氧化铝晶体的生长。蓝宝石籽晶的选择和前驱体的成分决定了 3D 图案。与熔融凝固工艺相比，CVD 工艺扩大了可以生成此类图案的化学成分范围。

YAG-氧化铝化学沉积共晶可以掺杂额外的稀土元素，作为发光中心。例如，当用蓝色 LED 照射时，铈离子会发出黄光，从而产生用于固态照明的白光。当暴露于穿过半导体器件的 X 射线时，铕离子会发出红光，用于 X 射线射线照相。“我们的实验证明了 YAG-氧化铝化学沉积共晶在耐环境 LED 照明和高分辨率 X 射线成像方面的潜在应用，”该研究的主要作者 Yuri Mitsuhashi 说，他在 YNU 研究生期间进行了这些实验。

氧化铝长期以来被认为是一种坚固的耐火陶瓷材料，通常用于结构和光学部件。铝酸盐，包括稀土铝石榴石和钙钛矿，作为功能陶瓷材料，如激光、荧光粉和能源材料，已被广泛研究。“在铝酸盐中，稀土铝石榴石和钙钛矿具有吸引人的特性，幸运的是，它们具有与氧化铝的共晶系统，”松本正元说道，他在延边国立大学攻读博士学位期间建造了一个实验室制造的 X 射线成像系统。他说：“我们可以合成一种结合了氧化铝和铝酸盐优点的新型晶体。”

这一发现强调，陶瓷共晶复合材料中 3D 图案的生成不仅可以通过熔融凝固过程进行，还可以通过气相沉积过程进行。“CVD 已准备好制造陶瓷共晶复合材料，作为基材材料上的功能层或保护层，”YNU 副教授兼首席研究员 Akihiko Ito 说道。“相比之下，熔融凝固工艺需要浇注超过2000摄氏度的高温熔体才能在基材上形成陶瓷复合涂层，这是不切实际的。进一步的研究将集中于阐明化学沉积共晶背后的机制。”

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