一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体及其应用与制备方法技术

本发明专利技术属于光电技术领域，具体涉及一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体，该光吸收体的应用及其制备方法。该光吸收体采用了多层的“夹心”结构；包括：陶瓷基体、纳米过渡层、以及抗激光损伤薄膜。其中，陶瓷基体包括上下对称的七层，从内到外依次包括多孔的钙掺杂铬酸镧陶瓷层、多孔的高钡掺杂锰酸镧陶瓷层、多孔的中钡掺杂锰酸镧陶瓷层；以及致密的低钡掺杂锰酸镧陶瓷层。陶瓷基体中各结构层中的孔隙尺寸从中间向两侧呈梯度递减的分布状态。陶瓷基体表面抗激光损伤薄膜为氧化铝。纳米过渡层由抗激光损伤薄膜和陶瓷基体中的相邻结构层经高温热处理后生成。本发明专利技术解决了现有光吸收体吸收光谱、吸收率、耐热抗震和耐激光损伤等各项性能无法均衡问题。均衡问题。均衡问题。

【技术实现步骤摘要】
一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体及其应用与制备方法


[0001]本专利技术属于光电
，具体涉及一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体，该光吸收体的应用，以及镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体的制备方法。

技术介绍

[0002]激光功率计，又名激光能量计；是一种专用于测量激光能量的测量仪器。在现有技术中，对于大功率激光的测量，多以热电堆型激光功率计为主。这种设备的测试原理主要是利用其探头中光吸收体吸收入射激光的光能，并将光能转化成热能。光吸收体中央和边缘两端形成温度梯度场，探头中热电材料由此产生温差电动势，电动势的大小取决于激光转化的热能的大小。因此，探头中的光吸收体是热电堆型激光功率计的核心部件。光吸收体的光吸收性能、耐激光损伤性能和抗热震性能将直接决定激光能量计测量过程中的响应强度，以及可测量的激光的光谱宽度和功率范围。
[0003]目前，热电堆型激光功率计探头中的光吸收材料(包括薄膜和块体)，主要包括金属纳米材料(如金黑、银黑、铁黑等)、碳材料、硫化物、碳化物、氮化物、光学玻璃等。其中，在高温富氧环境下光吸收材料多为金属氧化物及其复合氧化物材料。例如，文献《Lu Y,et al.High thermal radiation of Ca
‑
doped lanthanum chromite,RSC Advances,2015,5:30667.》公开的方案中，技术人员通过固相反应法制备了钙掺杂铬酸镧系列陶瓷，La
0.5
Ca
0.5
CrO3的光吸收性能最佳，其太阳能吸收率达到95％。文献《(Ca,Fe)共掺铈酸镧陶瓷的近红外吸收性能,硅酸盐学报，2016，44:387
–
391.贺智勇等》公开的技术方案中，技术人员通过高温固相烧结工艺制备钙铁共掺的铈酸镧系列红外吸收陶瓷，当Ca引入量x为0.1、Fe引入量y为0.15时，样品近红外吸收性能较优，在750～2500nm波段的平均吸收率为88.7％。然而，这些材料的吸收波长范围较窄(大多处于0.2～2.5μm)，且在高温富氧环境(≥1000℃)中容易失效，材料的耐候性较差。
[0004]此外，文献《Zhang PX,et al.LaCaMnO
3 thin film laser energy/power meter,Optics&Laser Technology,2004,36:341
–
343.》公开了一种采用脉冲激光沉积法将La1‑
x
Ca
x
MnO3(0.05≤x≤0.33)沉积在LaAlO3衬底上，制备得到La1‑
x
Ca
x
MnO3薄膜作为激光功率计和能量计的光吸收层的技术方案。这种将锰酸镧材料应用到光吸收体的方案具有制备简易成本低的优势，但是该方案制备的光吸收体仍然会存在光吸收涂层易受激光损伤失效，涂层易剥落，抗热震性能差等问题。
[0005]进一步地，文献《Afifah N,et al.Enhancement of photoresponse to ultraviolet region by coupling perovskite LaMnO
3 with TiO
2 nanoparticles,International Symposium on Current Progress in Functional Materials,2017,188:012060.》公开了一种采用溶胶
‑
凝胶法制备的不同LaMnO3/TiO2摩尔比的LaMnO3/TiO2纳米复合材料，该材料用作光吸收体时可以有效提高材料在紫外光区的吸收率。但是该材料为纳米粉末材料，无法应用于高温环境，如高激光测量等使用场景。
[0006]在热电堆型激光功率计的方案设计中，光吸收体的吸收光谱范围和光吸收率是首
要考虑的性能参数。而材料的耐激光损伤性能、耐高温和抗热震性等耐候性能则是制约产品使用效果和使用寿命的关键指标。但是，现有技术提供的各类方案大都无法同时在以上性能中取得平衡。寻找一种更优的方案，同时克服上述性能缺陷成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有光吸收体无法在吸收光谱、吸收率、耐热抗震和耐激光损伤等性能上达到均衡的问题；本专利技术提供一种锰酸镧陶瓷基光吸收体，该光吸收体的应用，以及锰酸镧陶瓷基光吸收体的制备方法。
[0008]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0009]一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体，该光吸收体采用了多层的“夹心”结构。按照功能划分，该型多层的锰酸镧陶瓷基光吸收体可分为：陶瓷基体、抗激光损伤薄膜，以及位于抗激光损伤薄膜和陶瓷基体之间的纳米过渡层。
[0010]其中，陶瓷基体包括七个按照预设顺序依次叠层分布的结构层。各结构层包括位于中间层的多孔的钙掺杂铬酸镧陶瓷层；位于钙掺杂铬酸镧陶瓷层上下两侧的多孔的高钡掺杂锰酸镧陶瓷层；位于高钡掺杂锰酸镧陶瓷层上下两侧的多孔的中钡掺杂锰酸镧陶瓷层；以及位于中钡掺杂锰酸镧陶瓷层上下两侧的致密的低钡掺杂锰酸镧陶瓷层。在陶瓷基体中，钙掺杂铬酸镧陶瓷层、高钡掺杂锰酸镧陶瓷层、中钡掺杂锰酸镧陶瓷层呈多孔结构。陶瓷基体中各结构层中的孔隙尺寸从中间向两侧呈梯度递减的分布状态；陶瓷基体中各结构层的厚度为0.05
‑
0.2mm，总厚度为0.5
‑
1mm。
[0011]抗激光损伤薄膜位于陶瓷基体中钙掺杂锰酸镧陶瓷层的外表面，抗激光损伤薄膜材料为氧化铝陶瓷；抗激光损伤薄膜的厚度为50
‑
200nm。纳米过渡层由陶瓷基体和抗激光损伤薄膜中的相邻结构层经高温热处理后生成，并位于二者的界面处。
[0012]作为本专利技术进一步的改进，钙掺杂铬酸镧的化学组成为：La1‑
α
Ca
α
CrO3，其中，表征Ca掺杂量的α为0.3～0.7。低钡掺杂锰酸镧的化学组成为：La
0.5
Ba
x
MnO3，其中，表征Ba掺杂量的x为0.1～0.3。中钡掺杂锰酸镧的化学组成为：La
0.5
Ba
y
MnO3，其中，表征Ba掺杂量的y为0.4～0.5。高钡掺杂锰酸镧的化学组成为：La
0.5
Ba
z
MnO3，其中，表征Ba的掺杂量z为0.6～0.7。
[0013]作为本专利技术进一步的改进，纳米过渡层由镀制有抗激光损伤薄膜的陶瓷基体经500～1000℃的温度恒温热处理5～30min后制得。
[0014]本专利技术还包括一种如前述的镧系钙钛矿陶瓷基的应用，具体为：将镧系钙钛矿陶瓷基作为激光能量计的探头中的光能吸收材料，用于吸收0.2～20μm波段内的紫外、可见以及近红外和中远红外光。
[0015]本专利技术还包括一种宽光谱的激光能量计，该激光能量计使用的探头中采用了如前述的镧系钙钛矿陶瓷基。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体，其特征在于，其包括：陶瓷基体，其包括七个按照预设顺序依次叠层分布的结构层；各结构层包括位于中间层的钙掺杂铬酸镧陶瓷层；位于所述钙掺杂铬酸镧陶瓷层上下两侧的高钡掺杂锰酸镧陶瓷层；位于所述高钡掺杂锰酸镧陶瓷层上下两侧的中钡掺杂锰酸镧陶瓷层；以及位于所述中钡掺杂锰酸镧陶瓷层上下两侧的致密的低钡掺杂锰酸镧陶瓷层；其中，钙掺杂铬酸镧陶瓷层、高钡掺杂锰酸镧陶瓷层、中钡掺杂锰酸镧陶瓷层呈多孔结构，所述陶瓷基体中各结构层中的孔隙尺寸从中间向两侧呈梯度递减的分布状态；所述陶瓷基体中各结构层的厚度为0.05
‑
0.2mm，总厚度为0.5
‑
1mm；抗激光损伤薄膜，其位于所述陶瓷基体中钙掺杂锰酸镧陶瓷层的外表面；所述抗激光损伤薄膜材料为氧化铝陶瓷；所述抗激光损伤薄膜的厚度为50
‑
200nm；以及纳米过渡层，其由陶瓷基体和抗激光损伤薄膜中的相邻结构层经高温热处理后生成，并位于二者的界面处。2.如权利要求1所述的镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体，其特征在于：所述钙掺杂铬酸镧的化学组成为：La1‑
α
Ca
α
CrO3，其中，表征Ca掺杂量的α为0.3～0.7；所述低钡掺杂锰酸镧的化学组成为：La
0.5
Ba
x
MnO3，其中，表征Ba掺杂量的x为0.1～0.3；所述中钡掺杂锰酸镧的化学组成为：La
0.5
Ba
y
MnO3，其中，表征Ba掺杂量的y为0.4～0.5；所述高钡掺杂锰酸镧的化学组成为：La
0.5
Ba
z
MnO3，其中，表征Ba的掺杂量z为0.6～0.7。3.如权利要求1所述的镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体，其特征在于：所述纳米过渡层由镀制有抗激光损伤薄膜的陶瓷基体经500～1000℃的温度恒温热处理5～30min后制得。4.一种如权利要求1
‑
3任意一项所述的镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体的应用，其特征在于：将所述镧系钙钛矿陶瓷基作为激光能量计的探头中的光能吸收材料，用于吸收0.2～20μm波段内的紫外、可见以及近红外和中远红外光。5.一种宽光谱的激光能量计，其特征在于：其使用的探头中采用了如权利要求1
‑
3中任意一项所述的镧系钙钛矿陶瓷基。6.一种镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体的制备方法，其特征在于：其用于制备如权利要求1
‑
3中任意一项所述的镧系钙钛矿陶瓷基光吸收体；所述制备方法包括如下步骤：一、陶瓷粉体制备：(1)将氧化镧、氧化铬和碳酸钙按照La1‑
α
Ca
α
CrO3的化学计量比混料后，固相烧结，再经球磨、过筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂武，侯海港，刘军林，乔冠军，
申请(专利权)人：微集电科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：