福州大学SRTP申请表Word格式文档下载.docx

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申请日期：

2011.6

福州大学教务处制

填表说明

1、本申请表一律用计算机打印，如实填写。

2、SRTP立项时间一般为1年时间，起止时间为指每年12月起至第二年12月止。

3、经审批立项后，本申请表一式三份分存教务处，学院和课题组备案、归档。

4、如填表有不明事宜，请与教务处实践教学管理办公室或学院本科教学办联系和咨询。

简况

项目

名称

GIG系列磁光晶体的导模提拉法生长及性质表征

来源

A自选B导师

类型

A理科B工科C管理D人文E法学

F其他

（A&

B）

起止年限

2011年6月—2012年6月

申请金额

万元

负责人

姓名

林伯纬

性别

A.男B.女

出生年月

1991.12

所在院系

化学化工

专业

基地类

年级

10

指导

教师

林树坤

职称

学位

项目组

主要成员

姓名

性别

所在学院

专业

项目中

的分工

签字

林丽卿

女

1991.10

基地

罗志珊

男

1991.02

厉福强

1991.04

化工

安操

1990.10

摘要（二00字以内）

研究主要内容及意义

内容：

采用导模提拉法，通过优化模块设计、熔体组分、生长工艺等生长获得大尺寸、高光学质量Ce:

GIG晶体。

采用高纯氧化物进行GIG及Ce:

GIG等晶体原料的合成

对生长所得晶体进行磁性和光学性质表征，在此基础上进一步优化晶体组分，获得低饱和磁化场、温度系数小、高磁光优值的大尺寸、高质量Ce:

YIG晶体。

意义：

GIG是非同成分熔融化合物晶体，无法采用提拉法进行生长，从而限制其在实际中的应用。

本课题着重从晶体生长上进行创新，采用导模提拉法生长大尺寸﹑高质量的Ce:

GIG磁光晶体。

.具有晶体生长速度快、成本低的优点。

目前得到广泛应用的YIG﹑KTP和LBO等多种晶体都是非同成分熔融，一般采用高温溶液法进行生长，但存在生长周期长﹑成本高等问题。

采用导模提拉法生长GIG晶体，无疑对其它在实际当中有广泛应用的非同成分熔融的晶体的生长有很好的借鉴与参考价值。

一、立项的依据和意义（包括项目的研究意义、国内外研究现状分析，特色与创新之处并附主要参考文献及出处）

磁光材料是指具有磁光效应的光信息功能材料[1,2]。

磁光材料是制作光纤通信、光学信息处理技术中光调制器、光隔离器、磁光开关等关键器件的核心材料。

同时还可应用于激光显示、光传感器、光磁头及各种自动控制和精密测试仪器中。

[3]随着现代通信技术的快速发展，磁光材料及器件将在未来的THz通信、光通信和微波/毫米波通信中发挥极其重要的作用,磁光材料与器件将成为现代通信、航空、航天、雷达、医疗等领域中不可缺少的关键材料[4]。

磁光材料可分为晶体材料和非晶材料。

磁光晶体材料具有高的费尔德常数和优秀的磁光性能，其缺点是:

不易制成大体积块状晶体、不能形成复杂的形状、在某些波段透过率不高以及由于晶体的各向异性而产生的双折射等原因，使其应用范围受到一定程度的限制。

磁光晶体材料中研究最多的是YIG及掺Bi和其他稀土元素的石榴石单晶体。

[5]在1300-1600nm红外波段，YIG晶体的的物理化学性能优良，吸收少，被广泛的应用于大容量光纤通讯系统中。

但YIG晶体是非同成分熔融化合物，无法用提拉法进行晶体生长。

比较成熟的工艺是用昂贵的钆镓石榴石晶体（GGG）为基片，采用液相外延法进行生长YIG晶体，然后加工成需要的器件晶片。

然而液相外延法获得大尺寸晶体仍是困难的，生长成本也较高。

目前只有日本和美国采用这种技术生产相应的YIG晶体产品，并垄断着产品的供货渠道。

Ce3+掺入YIG晶体中可极大地提高晶体的磁光法拉第效应，是目前最具发展前景的磁光晶体材料。

本课题组前期已采用导模提拉法生长了掺镓和镓、铈双掺YIG系列单晶。

但由于Ce3+（0.101nm）的半径比Y3+（0.0892nm）的半径大较多，而且CeO2具有高熔点和高热稳定性，Ce3+难以掺入，（分凝系数约为0.122）[6]。

鉴于Gd3+的半径（0.0938nm）与Ce3+比较接近，理论上应该更容易掺入晶体中。

因此，本课题计划开展掺Ce钆铁石榴石晶体，以获得综合性能更优异的磁光晶体材料。

此外，与YIG晶体不同的是，Gd3+是磁性离子，钆铁石榴石在补偿点温度和居里温度之间的磁性变化为一常数，这也对制造一些特殊微波器件有指导意义[7]。

二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

研究内容：

1．采用高纯氧化物进行GIG及Ce:

GIG等晶体原料的合成，并进行相关表征。

2．采用导模提拉法，通过优化模块设计、熔体组分、生长工艺等生长获得大尺寸、高光学质量Ce:

并研究晶体的二次退火工艺，尽量消除晶体中氧缺陷对晶体光学质量的影响。

3．对生长所得晶体进行磁性和光学性质表征，在此基础上进一步优化晶体组分，获得低饱和磁化场、温度系数小、高磁光优值的大尺寸、高质量Ce:

研究目标：

采用导模提拉法生长获得低饱和磁化场强度、低温度系数和高磁光优值的大尺寸、高质量掺铈钆铁石榴石磁光晶体。

拟解决的关键问题：

1．如何调整熔体组分，优化生长工艺获得高质量掺铈钆铁石榴石晶体是本课题的关键。

2．与YIG晶体不同，Gd3+是磁性离子，GIG晶体存在补偿温度，在室温附近晶体的磁性与温度呈线性变化。

因此，如何优化晶体组分，获得低温度系数的磁光晶体也是该类材料走向实际应用的关键。

三、预期的研究成果、成果的提供形式（论文、设计、产品、软件开发、专利、研究或调研报告等）、应用前景和效益分析

四、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1．采用固相法合成高纯YIG及掺杂YIG系列化合物，并采用XRD、热分析仪等手段进行相关表征。

2．本课题计划是采用导模提拉法进行晶体生长，通过优化熔体组分、晶体拉速、转速、模具设计、温场等生长工艺，获得大尺寸、高质量Ce:

并对所生长的晶体进行XRD、透过光谱、XPS等手段的表征，探讨晶体生长速率、原料的合成方法和烧结工艺、生长气氛和熔体组分等因素对晶体质量的影响。

3．对所获得的GIG晶体及Ga:

GIG晶体进行磁光、热学力学等方面性质的表征，为优化晶体组分、获得低温度系数、低饱和磁化场、高磁光优值的掺铈钆铁石榴石晶体提供依据，并实际应用提供基础数据。

目前本实验室已具备研究掺铈GIG晶体所需的原料合成、晶体生长、晶体加工、磁光性质表征等仪器设备。

在导模提拉法生长掺Ce:

YIG晶体方面积累了较为丰富的经验，为本课题的开展打下了很好的基础。

此外，本学院实验中心和校测试中心具有X射线粉末衍射仪，热重仪、ICP单晶结构分析等晶体性质表征方面的仪器。

晶体的磁性性质可以获得上海大学和中科院物质结构研究所的帮助。

因此，本课题已具备开展掺铈钆铁石榴石磁光晶体研究的条件和基础，有望获得较好的结果。

研究开发方案：

1．采用固相法合成高纯GGIG及掺铈GIG系列化合物，并采用XRD、热分析仪等手段进行相关表征。

2．通过调控熔体组分（调节Gd/Fe比例、Ga3+或Al3+等非磁性离子、Ce离子掺杂浓度）、晶体生长时的温场、气氛、晶体生长速率、导模模块设计等因素，优化晶体生长工艺，获得大尺寸、高光学质量的单晶。

3．测试晶体的磁光、光学、热学、机械等方面性质，为晶体的应用提供参考。

采用法拉第旋转仪测定晶体的费尔德常数，采用紫外可见近红外分光光度计测量晶体的吸收系数和磁光谱（加装自制的固定磁场装置），从而计算获得晶体的磁光优值。

采用热综合分析仪、热膨胀分析仪、显微维氏硬度计等手段研究晶体的热学、机械性质，采用振动磁强计测试晶体磁性性质，为优化晶体组分，获得低饱和磁化场强度、低温度系数和高磁光优值晶体材料提供依据，并为晶体的应用提供参考

五、研究工作进度安排

六、实现本项目最终目标已具备的条件（包括过去的研究工作基础，研究人员及协作条件，实验条件）

七、申请项目经费预算表

预算支出科目

金额

（万元）

计算根据及理由

合计

八、指导教师意见

签名：

年月日

九、学院SRTP领导小组意见：

组长（签名）：

学院盖章：

十、学校SRTP领导小组意见：

批准资助金额：

负责人（签名）：

教务处盖章

参考文献

[1]刘公强,乐志强,沈德芳.磁光学（科学前沿丛书）[M]2001上海科学出版社

[2]章春香.磁光材料的典型效应及其应用[J]磁性材料及器件39（3）2008p8-11

[3]赵渭忠,黄敏,张守业等.现代科学仪器.1996，4：

36-38

[4]张怀武薛刚.新一代磁光材料及器件研究进展.《中国材料进展》28（5）2009p45-50

[5]张玉龙,唐磊.《人工晶体》[M]化学工业出版社

[6]黄敏,张守业.掺Ce稀土铁石榴石块状单晶生长及磁光性能研究[J]材料科学与工程

[7]F.P.Yu,D.R.Yuan,L.M.KongbAsimpleprocesstosynthesizesphere-shapedgadoliniumgalliumgarnetnanoparticlesfortransparentceramic[J]JournalofAlloysandCompounds465（2008）567–570

[8]宋财根.TAG、TGG和TSAG磁光晶体的导模提拉法生长及性质表征[D]福州大学化学化工学院

[9]P.B.A.Fechine,E.N.Silva.Synthesis.structureandvibrationalpropertiesofGdIGX:

YIG1-Xferrimagneticceramiccomposite[J]JournalofPhysicsandChemistryofSolids70（2009）202–209

[10]J.C.Waerenborgh.DefectformationinGd3Fe5O12-basedgarnets:

aMfssbauerspectroscopystudy[J]MaterialsLetters58（2004）3432–3436

[11]R.Zare-Dorabei.Designofanovelopticalsensorfordeterminationoftracegadolinium[J]JournalofHazardousMaterials

[12]A.Meftah.ElectronicsputteringofGd3Ga5O12andY3Fe5O12garnets:

Yield,stoichiometryandcomparisontotrackformation[J]NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchB

[13]J.Tsagaroyannis,K.-J.Haralambous.Gadolinium-ironferrites:

catalyticeffectonthewater-gasshiftreaction[J]MaterialsLetters28（1996）393-400

[14]WalterR.Eppler.garnetsforshortwavelengthmagneto-opticrecording[J]

[15]S.DurEok.GrowthofYIGandBiGdIGsinglecrystalsformagnetoopticalapplications[J]MaterialsChemistryandPhysics45（1996）124-129

[16]KiyoshiShimamura.GrowthofGdÐ

YbÐ

Gagarnetsinglecrystalswithlargelatticeparametersassubstratesforopticalisolators[J]JournalofCrystalGrowth194（1998）203-208