Nd∶YAG纳米粉体（精选八篇）
Nd∶YAG纳米粉体 篇1
具有立方结构的掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)透明陶瓷由于在制备技术和材料等方面具有掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)单晶无法比拟的优势,得到了国内外学者的广泛关注[1,2,3]。据文献[4,5]报道,掺杂钕的多晶Nd∶YAG透明激光陶瓷未来有可能替代Nd∶YAG单晶而成为极具应用前景的固态激光材料。
Nd∶YAG透明陶瓷的制备对粉体的要求极为严格,无论是作为粉体直接应用还是制作陶瓷块体材料,都要求粉体纯度高、各离子组分掺杂均匀、无团聚、烧结活性高。传统合成Nd∶YAG粉体主要采用固相法[6,7],但是固相法通常需要较高的反应温度,而且在制备过程中容易出现中间相,难以制备出高烧结活性和均相的粉体,因此人们开发出了许多湿化学方法,如溶胶-凝胶法[8]、溶剂热法[9]、化学沉淀法[10,11,12]等,其中化学沉淀法是一种操作简单、 成本低廉、易于控制的方法。
传统滴加加料的化学沉淀法,盐溶液与沉淀剂混合时的液滴大,溶液接触时在微观上产生较大浓度梯度,而且溶液中Y3+、Al3+的溶度积不同,因此很难控制前驱体的相组成[13],从而直接影响所得Nd∶YAG粉体的相纯度以及后期透明陶瓷的光学均匀性。本实验利用微流体高速均匀混合制备纳米粉体的原理,采用自行设计加工的喷射系统,以碳酸氢铵(NH4HCO3) 为沉淀剂制备出分散性好的纯相Nd∶YAG粉体。该方法与传统滴加式的共沉淀法相比,具有混合均匀、浓度梯度小的优势,适合批量化生产优质Nd∶YAG粉体。
1 实验
1.1 试剂及仪器
Al(NO3)3·9H2O(4N,天津市光复精细化工研究所),Y(NO3)3·6H2O(4N,国药集团化学试剂有限公司),NH4HCO3(AR,国药集团化学试剂有限公司),PEG-20000(进分,国药集团化学试剂有限公司),Nd2O3(4N,天津市光复精细化工研究所)。
Avanti J30I型高速离心分离系统(USA),Savant SNL216V型冷冻干燥系统(USA),TC16L-14型电炉(上海特成机械设备有限公司)。
1.2 实验装置
实验装置如图1所示:将沉淀剂溶液置于烧杯中,把混合盐溶液密封在喷射罐中。通过喷射罐上方的加压装置,使盐溶液以高速细流状态喷射入强力搅拌的沉淀剂溶液中。
1.3 Nd∶YAG纳米粉体的制备
实验以Al(NO3)3·9H2O(4N)、Y(NO3)3·6H2O(4N)、Nd2O3(4N)为原料,NH4HCO3(AR)为沉淀剂,聚乙二醇(PEG-20000)为分散剂,将Nd2O3溶解于硝酸中,Al-(NO3)3·9H2O和Y(NO3)3·6H2O溶解于去离子水中,根据Nd∶YAG的理论组成及掺杂原子浓度将Nd(NO3)3、Y(NO3)3、Al(NO3)3溶液按0.03Nd3+∶2.97Y3+∶5Al3+的比例配制混合,向混合溶液中加入质量分数为1%的PEG-20000,搅拌使其混合均匀。把混合溶液快速分散成细流状态加入到搅拌的沉淀剂溶液中。喷射结束后陈化、离心沉淀物,用去离子水洗涤3次。将洗涤后的沉淀物喷雾冷冻干燥获得前驱体。将前驱体放入电阻炉内,分别于800℃、900℃、1000℃、1100℃煅烧4h,得到粉体样品。
1.4 样品的性能及表征
采用美国TA仪器公司的SDT Q600型同步热分析仪对YAG前驱体进行热分析;采用荷兰帕纳科公司的X′Pert PRO型多功能 X 射线衍射仪对不同温度下得到的粉末进行物相分析(采用CuKαI射线,λ=1.540598Å);采用美国PE仪器公司的Spectrum One型傅里叶变换红外光谱仪对物质的化学组成和分子结构进行定性分析;采用日本电子公司的JEM2010透射电子显微镜观察粉末颗粒的尺寸及其微观形貌。
2 结果与讨论
2.1 TG-DTA分析
图2为YAG前驱体在空气中由室温升到1100℃时的TG-DTA曲线,升温速率为10℃/min。前驱体的热失重是一个连续的过程,从DTA曲线可以看出,在 200℃左右有一较宽的吸热峰,分析认为是物理吸附水和结晶水的排除,对应的反应在TG曲线上失重比较明显,说明沉淀中的吸附水比较多。在 200～800℃出现一宽的放热峰,对应前驱体粉末中碳酸盐化合物的分解和有机物的氧化。在923℃左右,DTA曲线上显示一较弱的放热峰,主要是由于 YAG 的晶化所致,考虑到差热分析的滞后效应,认为在低于该温度就应该有YAG晶相出现,这一点可以从不同煅烧温度下样品的XRD衍射分析得到证实。
2.2 FI-IR分析
NH4HCO3作为沉淀剂发生如下的水解反应:
NH4HCO3+H2O→NH4OH+H2CO3 (1)
NH4OH →NH+4+OH- (2)
H2CO3→H++HCO-3 (3)
HCO-3→H++COundefined (4)
根据NH4HCO3在溶液中电离生成的OH-和CO32-两种离子与Al3+的结合能力,可能生成Al(OH)3或碳酸铝铵(NH4AlO(OH)HCO3)两种物质[14],在该实验条件下生成的是前者。这点可由前驱体的IR图谱得到证实。图3为前驱体以及Nd∶YAG粉体的红外吸收图谱。由图3可知,对于前驱体,在3435cm-1附近出现的谱带对应的O-H键伸缩振动,可能是由于吸附水以及Al/Y的羟基化合物引起的;在1524cm-1、1426cm-1、1098cm-1附近出现的吸收谱带是由 CO32-的非对称伸缩振动和弯曲振动引起的;在842cm-1附近出现的谱带是由残余的NO3-引起的;在610cm-1附近出现的谱带是由Al-O键的振动引起的。前驱体在3175cm-1附近没有出现吸收带,表明没有NH4+存在,也说明了前驱体中不含碳酸铝铵(NH4AlO(OH)HCO3)。由Saito N等[15]的研究可知,在NH4HCO3溶液中加入Y(NO3)3溶液, 生成物为Y2(CO3)3·nH2O(n=2～3)。结合热重分析的结果,前驱体的组成大致可写为:10[Al(OH)3] ·3[Y2(CO3)3·2H2O]。前驱体复合物计算的理论失重为60.7%。这与实际的失重61.9%非常吻合。
经1000℃煅烧后得到的Nd∶YAG粉体的红外图谱谱带主要集中在低频区,在796cm-1、726cm-1、696cm-1、564cm-1等附近出现的谱带为金属原子与氧原子间特征M-O谱峰,标志着YAG晶相的形成。波数高于900cm-1的峰几乎都消失了,在3451cm-1和1633cm-1附近出现的吸收谱带可能是由空气中的吸附水引起的,说明CO32-、NO3-、NH4+等离子已被煅烧分解。
2.3 XRD分析
图4为不同煅烧温度下得到的 Nd∶YAG粉体的XRD图谱。从图4中可以看出:前驱体经800℃煅烧后仍为无定形态,经900℃煅烧后出现了YAG的特征衍射峰,说明纯的YAG相已经开始形成。YAG相的形成可以有两种基本途径:一种是由无定形态直接转变为YAG相,另一种是经由中间相YAM或YAP的多阶段转化过程。衍射图中显示没有中间相的存在,因此认为该方法是直接由无定形态向YAG相转变的。这主要是由于通过快速均匀混合的方法,各元素达到离子水平的混合,符合YAG的化学计量比,经高温热处理时原子只需要经过短程扩散或重排即可进入晶格位点,直接由无定形态形成了YAG纯相。
随着煅烧温度的升高,YAG相没有变化,只是样品的衍射峰强度在逐渐增强,这是因为粒径变大所致。根据Sche-rrer公式计算得到的晶粒尺寸(表1)可知,随着煅烧温度的升高,粉体的平均粒径从22.4nm增大到40.6nm。表明高温煅烧不利于形成细小的纳米粉体。而且粒度越大越不利于成型和烧结阶段气体的排除,因此在较低的温度下得到的超细的纳米粉体,其烧结活性较高,有利于后续块体材料的高温烧结。
2.4 TEM分析
图5为前驱体以及经900℃煅烧后得到的Nd∶YAG粉体的TEM照片。从图5中可以看出,煅烧后的粉体颗粒呈类球形状,颗粒边界清晰,单个颗粒的轮廓非常明显,没有出现大块的硬团聚。实验中用到的PEG-20000是一种空间位阻型分散剂[16],它的存在一定程度上抑制了前驱体沉淀物颗粒的过分长大。另外实验采用喷雾冷冻干燥的方法对前驱体进行处理[17],该方法能够保持粉体的本来结构并且抑制团聚现象的发生。
3 结论
以Al(NO3)3·9H2O、Y(NO3)3·6H2O、Nd2O3为原始材料,NH4HCO3为沉淀剂,采用基于快速均匀混合的共沉淀法获得了均匀分布的Nd∶YAG粉体。XRD结果显示,前驱体于900℃煅烧4h直接由无定形态转变为纯相Nd∶YAG粉体,没有生成中间相。900℃煅烧4h得到的Nd∶YAG粉体分散好,平均颗粒尺寸为50nm,适合后续的压制以及Nd∶YAG透明陶瓷的烧结。
摘要：采用一种基于微流体快速均匀混合的沉淀方法,以碳酸氢铵(NH4HCO3)为沉淀剂制备前驱体。红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和热分析(TG-DTA)等测试结果显示,该方法获得的前驱体经煅烧后可得到分散性好、形状规则、平均粒径为50nm的纯相Nd∶YAG纳米粉体。
Nd∶YAG纳米粉体 篇2
摘要：目的观察国产调Q Nd:YAG激光治疗皮肤色素性病变的疗效及安全性。方法应用国产调Q Nd:YAG激光治疗皮肤色素病变（雀斑58例、牛奶咖啡斑9例、脂溢性角化病48例、太田痣12例、褐青色痣26例）共153例，雀斑、牛奶咖啡、脂溢性角化病选用QS532nm波长，褐青色痣选用QS1064nm波长，太田痣选用QS1064nm+QS532nm复合波长；能量密度6—10J/cm2，光斑直径2mm，脉冲频率2—5次/秒，治疗间隙至少6周，1~3次可达到满意效果，三次治疗后评价疗效。结果在三次治疗后痊愈率加显效分别为100%、87.93%、100%、89.58%、82.92%，其副反应以疼痛、局部肿胀、点状出血等发生率较多，亦有少数患者发生色沉、色脱，但均较轻微，不影响皮肤术后的恢复。国产调Q Nd:YAG激光临床应用于治疗皮肤色素性病变疗效确切，与国内报告使用进口激光疗效基本相同，所出现副反应轻微。结论国外进口激光价格昂贵、耗材大，病人负担过重限制了应用。国产激光治疗效果并不比国外激光治疗效果差，而且成本低，价廉物美。建议临床推广使用国产激光仪器，减轻患者经济负担。
关键词:调Q Nd:YAG激光；皮肤色素性病变
中图分类号:R826.8文献标识码:A文章编号:1004-4949(2013)05-054-02 色素性皮肤病变的种类很多，按解剖部位可分为表皮色素增生性皮肤病和真皮色素增生性皮肤病，前者黑素及黑素细胞的增生发生在表皮，而后者则发生在真皮。按病因可以分为遗传性、代谢性、内分泌性、营养性、化学和药物性、物理性、炎症和感染性、新生物性，以及混杂性九大类。值得一提的是，由于身体不同部位黑素细胞密度不同（为500~2000个/mm2不等，一般头面部、皱褶部较多，腹背部较少，这种密度分布相当恒定，无种族及性别的差异）。［1］既往对于皮肤色素病损治疗没有很好的办法，传统的治疗方法，如药物治疗、冷冻和皮肤磨削术等，通常效果有限，还易产生疤痕、色素减退和色素不均等情况，患者与术者均不满意。
调Q Nd:YAG激光对去除皮肤色素性疾病变有很好的疗效，在临床上已得到广泛的应用，但设备多为国外厂家进口，因其价位昂贵、耗材大，限制了应用。自2012年3月—2013年2月，我们采用重庆京渝激光技术有限公司生产的调Q Nd:YAG激光，对皮肤色素性病变进行了历时1年临床治疗，共153例，获得了满意效果，现报道如下：
1临床资料
1.1病人
为2012年3月—2013年2月我院门诊部就诊病人，共153例，其中男性36例，女性117例，年龄范围17—38岁。
1.2病种（见表1）
表1皮肤色素性疾病病种分类
病种雀斑太田痣牛奶咖啡斑脂溢性角化病褐青色痣合计病例数
构成比% 58
37.9012
7.849
5.8848
31.3726
16.99153
100.001.3设备：
调Q Nd:YAG激光（由重庆京渝激光技术有限公司生产）。
2治疗方法
2.1治疗参数
雀斑、牛奶咖啡、脂溢性角化病选用QS532nm波长，褐青色痣选用QS1064nm波长，太田痣选用QS1064nm+QS532nm复合波长；能量密度6—10J/cm2，光斑直径2mm，脉冲频率2—5次/秒，两光斑重叠部分不超过25%，能量密度根据病变颜色深浅进行调节。激光照射处，以局部皮肤变白或稍有炭化为宜，并有时偶见点状出血。治疗间隙至少6周，1~3次可达到满意效果，三次治疗后评价疗效。
2.2治疗过程
病人取舒适卧位或坐位，术前常规照相，签署治疗同意书。术前1小时清洁治疗区域，并涂敷复方利多卡因凝胶，用保鲜膜覆盖，促进吸收。30分钟后卸洗掉复方利多卡因凝胶，医生及患者均需佩戴专用的防护眼镜，在确认对眼睛进行了有效、可靠地保护才能在指示光引导下，对准色区进行扫描时照射，一般不需要重复照射，操作中可出现点状出血点。术中用冷生理盐水局部降温，术后立即冰敷创面，以减轻术后炎症反应。
2.3术后处理
治疗后创面禁止擦拭，立即涂覆抗生素软膏，我们通常选择美宝湿润烧伤膏，要求患者每3—4小时涂抹一次，保证创面湿润环境以利愈合。如遇美宝过敏，也可选择百多邦或金霉素软膏外用。创面要保持清洁，药物和渗出物会形成痂皮，应待其自行脱落，完全愈合通常需要1周左右。术后常规应用抗生素，并辅助应用积雪甙片预防色沉的发生。治疗期间尽量避免阳光直接照射，术后3月内严格防晒，并于患处擦防晒霜，戒烟酒等刺激和光感性食物。
3疗效评定标准及副反应观察
3.1疗效评定标准
治疗疗效，分为治愈、显效、有效、无效。治愈：皮损完全消失，基本呈正常肤色。显效：皮损减轻或者消退大于60%。有效：皮损减轻或消退大于30%—60%。无效：皮损无变化，或形成疤痕。
3.2观察指标
疼痛、肿胀、点状出血、色沉、色脱、疤痕、感染。
4结果及副反应
4.1治疗结果显示（见表2），一般三次可达满意疗效，以表皮色素增生性皮肤病者效果较好，真皮色素增生性皮肤病治疗次数需增多，多者可达6~8次，在三次治疗后痊愈率加显效分别为100%、87.93%、100%、89.58%、82.92%，其副反应以疼痛、局部肿胀、点状出血等发生率较多，亦有少数患者发生色沉、色脱，但均较轻微。色脱的形成可能是由于重叠照射或能量过大产生的，只要注意治疗方法和剂量，可消除。
表2调Q Nd:YAG激光治疗皮肤色素疾病的结果表
病种治疗次数病例数痊愈显效有效无效痊愈+
显效率%雀斑1
2
358
30
2028
10
1321
11
56
9
23
0
0
100.00
太田痣1
2
312
12
120
0
38
8
91
2
13
2
1
87.93
牛奶咖啡斑1
2
39
4
15
2
02
1
11
1
01
0
0
100.00
脂溢性角化病1
2
348
37
3711
0
2415
25
818
8
34
4
2
89.58
褐青色痣1
2
326
26
260
0
39
15
2012
7
35
4
0
82.92
4.2副反应（见表3），其副反应中以疼痛、局部肿胀、点状出血等发生率较高，但不影响皮肤术后的恢复。亦有少数患者发生色沉、色脱等，无感染、疤痕形成病例发生。表3调Q Nd:YAG激光治疗皮肤色素疾病的副反应
病种例数疼痛%肿胀%点状出血%色沉%色脱%疤痕%感染%雀斑580（0）52（90.00）48（82.76）5（8.62）2（3.45）0（0） 0（0）太田痣122（16.67）10（83.33）10（83.33）00 00脂溢性角化病485（10.42)24(50.00)40(83.33)4(8.33)1(2.08)— —牛奶咖啡斑 92(22.22)8(88.89) 9(100.00)00— —褐青色痣26 2（22.22）8（88.89）9（100.00） 0 0— —5讨论
Nd∶YAG纳米粉体 篇3
关键词：Nd∶YAG纳米粉体,溶胶-凝胶方法,透明陶瓷
钇铝石榴石(YAG)具有石榴石结构,因而其表现出优良的光学性能,高温稳定性和抗蠕变特性等良好性质[1]。因此,它被认为是一种良好的固态激光基质材料。从上世纪60年代至今,YAG单晶都由桌克拉尔斯基方法制备[2]。然而,这种制备工艺中存在着诸多缺点,如生长周期长、制备的单晶体尺寸受到限制、掺杂钕离子浓度不能很高(通常低于1 at.%),并且此法成本较高,因此该种方法的生产效率低[3,4]。与YAG单晶的生长工艺相比,YAG多晶陶瓷的制备不需要特殊的技术。此外,还可以获得大尺寸及掺钕浓度高的陶瓷体[5]。钕掺杂钇铝石榴石(Nd∶YAG)已经成为激光材料领域的一个研究热点。Gowda等人第一次制造出了以多晶陶瓷为基质的固态激光器[6],Vrolijk等人[7]和Ikesue等人[8,9]分别首次采用氢氧化物共沉淀方法和氧化物固相合成方法制得了掺钕钇铝石榴石透明陶瓷。但是,固相合成方法要求较高的温度,通常高于1 500 ℃。近些年,发展了许多其它湿化学方法制备Nd∶YAG透明陶瓷,如化学共沉淀方法、均相共沉淀方法、溶胶凝胶方法、水热合成方法[10,11,12,13,14,15]。这些方法都克服了固相合成方法的缺点。
然而传统的溶胶凝胶法,通常以金属醇盐为原料,该种原料成本较高。文中采用了一种改进的溶胶凝胶方法制备出了Nd∶YAG粉体,并经真空烧结,制得透明陶瓷。
1 实验
实验中,采用Al(NO3)3·9H2O(分析纯,天津耀华化学试剂有限责任公司),Y(NO3)3·6H2O(分析纯,国药集团化学试剂有限公司),Nd2O3(99.95%,上海跃龙有色金属有限公司)和柠檬酸(分析纯,天津登丰化学品有限公司)为原料。分别将Al(NO3)3·9H2O和Y(NO3)3·6H2O溶于去离子水中,将Nd2O3边加热边搅拌溶于稀释的硝酸中(1∶1稀释)。加热蒸发掉反应剩余的硝酸,将3种金属硝酸盐溶液混合均匀。3种离子的化学计量比为Nd3+∶Y3+∶Al3+=0.03∶2.97∶5。
将柠檬酸溶于去离子水中最为螯合剂。将金属硝酸盐溶液和柠檬酸溶液混合均匀,金属离子总量与柠檬酸的物质的量之比为5∶6。溶液中加入适量正硅酸四乙酯,烧结过程中的作为烧结助剂。使用氨水将溶液的初始pH值调为1.8。经90 ℃加热搅拌数小时,混合溶液转变成溶胶,进而转变成无色透明的凝胶。经120 ℃烘干10小时,制备出松散的棕色干凝胶。将研磨后的干凝胶分别于700 ℃,800 ℃,900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃在空气中煅烧2小时,得到白色粉体。 对干凝胶利用了差热-热重(TG-DTA)和红外光谱分析,对制得的白色粉体进行了XRD分析。
对制得的纯相Nd∶YAG进行造粒(粘结剂为PVA),成型(单轴单向加压,压力1.25 GPa),压制成Φ10×1 mm的生坯体。将坯体于1 750 ℃在真空炉(10-3 Pa)进行无压烧结,制备出透明陶瓷。
2 结果与讨论
图1为干凝胶的TG-DTA曲线。从图中可以看出,在TG曲线中,100～600 ℃中有一个很明显的失重峰。该失重是由于有机物燃烧放出了CO2和H2O以及硝酸根分解放出了NO而引起的。在DTA曲线中,可以观察到两个明显的放热峰,400 ℃附近的放热峰是由于有机物的燃烧引起的,而830 ℃附近的放热峰则是由相变引起的,而该相变产生了YAG晶相。该相变温度低于传统固相合成方法的相变温度,这是由于在烧结过程中,有机物燃烧放出了大量的热,从而降低了YAG的相变温度。也就是说,柠檬酸不但起到了螯合剂的作用,同时也起到了燃烧剂的作用。
图2显示了干凝胶和不同温度得到的粉体的红外光谱分析图谱(IR)。3 400～3 600 cm-1处的吸收峰是由O-H键的伸缩振动引起。官能团O-H有两个来源:结合水和反应残留的柠檬酸。随着温度的升高,该吸收峰逐渐变弱。2 400 cm-1附近的吸收峰为有机物燃烧放出并且吸附在粉体表面的CO2所引起的,随着温度的升高,CO2的吸附量变少,所以该峰也随着温度的升高而变弱。1 600 cm-1附近和1 400 cm-1附近的吸收峰分别是由于O-C=O官能团的非对称和对称伸缩转动引起的,该官能团存在于柠檬酸或者它的分解产物之中。同样,这两个吸收峰也随着温度的升高而减弱。干凝胶中1 070 cm-1附近的吸收峰是由Al-OH引起的,随着温度的升高,该峰越来越弱。当温度达到900 ℃时,此峰开始消失。800 cm-1和700 cm-1周围的吸收峰对应于Al-O键,750 cm-1,550 cm-1和450 cm-1附近的吸收峰则是由Y-O键引起的。从图2中可以看出,当温度达到900 ℃时,开始出现YAG的吸收峰,即Y-O键和Al-O键引起的吸收峰,与900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃不同温度煅烧制得的粉体的吸收峰没有什么区别,这表明在900 ℃的YAG晶相已经完全生成。
图3给出了不同温度煅烧得到的粉体的X光衍射图谱(XRD)。从图3中可以看出,当温度达到900 ℃时,出现了YAG晶相的衍射峰,这与TG-DTA和IR分析的结果是一致的。与900 ℃制得的粉体相比,1 000 ℃和1 100 ℃所得的粉体没有明显的物相变化。
经1 750 ℃真空烧结10小时,得到了Nd∶YAG陶瓷。陶瓷的平均粒径为5 μm,并且晶界上没有发现气孔。图4显示了透明陶瓷的扫描电子显微镜(SEM)照片。样品在1 064 nm的透过率为82.45%,如图5所示。
3 结束语
Nd∶YAG纳米粉体 篇4
关键词：Nd∶YAG,固相法,透明陶瓷
YAG透明陶瓷具有良好的光学性能、高温稳定性、抗蠕变性[1]、高硬度(摩氏硬度8～8.5)、高热导系数(k=0.13 W·(cm·K)-1,T=300 K)、低膨胀系数(α=7.5×10-6 K-1,T=300 K)以及在引入适当的稀土元素后可作为固态激光基质材料[2],所以YAG透明陶瓷的制备一直以来都是研究热点。
Nd ∶YAG单晶是目前应用最为广泛的固体激光材料,但Nd ∶YAG单晶都是由桌克拉尔斯基方法制备的[2]。然而,这种方法得到的单晶体存在诸多限制,如:晶体尺寸小,钕离子掺杂浓度低(通常低于1.0 at%),且此法成本较高,生产周期长,因此该种方法的生产效率低[3,4]。而利用固相反应法可以得到钕离子掺杂浓度高(4.8 at%)、大尺寸的Nd ∶YAG透明陶瓷。自With等人第一次制造出了以多晶陶瓷为基质的固态激光器,Nd ∶YAG透明陶瓷的合成更引起了研究者的广泛关注。而Vrolijk等人[8]和Ikesue等人[9,10]分别首次采用共沉淀方法和固相合成方法制得了掺钕钇铝石榴石透明陶瓷。相比之下,传统的湿化学法工艺复杂,且在实验过程中容易引入杂质,而固相反应法具有工艺简单,易操作和易于批量生产的特点。
采用高纯氧化物粉末,引入适量二氧化硅作为烧结助剂,经充分混合成型后利用真空烧结得到透光率较高的Nd ∶YAG透明陶瓷。并对其做了XRD、SEM测试分析。最后用紫外可见分光光度计对其作透光率测试。
1 实验
实验中,采用Y2O3(高纯 4N,国药集团化学试剂有限公司),Al2O3(高纯 4N,国药集团化学试剂有限公司),Nd2O3(高纯 4N,国药集团化学试剂有限公司),SiO2(高纯 4N,上海试剂一厂),无水乙醇(分析纯,西安化学试剂厂)为原料。将Y2O3,Al2O3,Nd2O3,SiO2严格按化学计量比称量后,置于球磨罐中球磨24 h,以使原料充分混合均匀。球磨得到的粉料冷冻干燥后,用电动压片机实现10 MPa压力成型。最后将得到的生料片置入真空烧结炉(10-3Pa)中无压烧结得到高透光率Nd ∶YAG透明陶瓷。
2 实验结果与讨论
2.1 X光衍射测试
图1为真空无压烧结后所得样片的XRD图谱,由图可以看出,生坯料在经过1 700 ℃烧结并保温2 h或更久以后,生成纯相的Nd ∶YAG。
2.2 SEM测试结果及分析
图2给出了经1 650～1 800 ℃烧结后不同保温时间所得样片的扫描电镜图片。图2(a)为1 650～1 800 ℃2 h烧结所得样片;图2(b)为1 650～1 800 ℃10 h烧结所得样片。从图中可知样片平均粒径均为5 μm左右,但2 h保温所得样片晶界处有微量气孔,而10 h保温后所得样片基本看不到气孔存在。从透光率曲线,如图3所示,以及样片实物图,如图4所示,均可看出气孔对样片透明度有显著影响。
2.3 样品的光学透过率测试
图3给出了Nd ∶YAG透明陶瓷的光学透过率,由图中可知,1 650～1 800 ℃保温2 h后所得透明陶瓷在可见光范围内光学透过率约为70%,而经过1 650～1 800 ℃保温10 h后所得透明陶瓷在可见光范围内的光学透过率为80%左右。图4为Nd ∶YAG透明陶瓷的实物照片,其中图3(a)为1 650～1 800 ℃保温2 h所得,图3(b)1 650～1 800 ℃保温10 h所得。
从实验知,采用市售高纯氧化物,经充分球磨混合,在一定的成型压力及烧结助剂的作用下,在合适的烧结制度下,可以制得性能良好的Nd ∶YAG透明陶瓷。同时可以看出,适当延长保温时间,有利于气孔的排除,从而得到性能更加优越的Nd ∶YAG透明陶瓷。为了利于烧结,还引入了适量的SiO2作为烧结助剂。SiO2的引入除了促进烧结作用外,还在一定程度上起到修正晶格畸变的作用。图5给出了Nd ∶YAG透明陶瓷的原子结构,其中Nd3+取代 Y3+位置。在Nd3+取代 Y3+时由于离子半径存在差异,R3+Nd>R
3 结束语
用固相反应法可以在较简单工艺条件下制备出高透明度的Nd ∶YAG透明陶瓷。SiO2的引入能起到烧结助剂的作用,同时能抑制Nd掺杂造成的晶格畸变。适当延长保温时间可以有效排除气孔,提高Nd ∶YAG陶瓷的透光率,从而得到高性能Nd ∶YAG透明陶瓷。
参考文献
[1]Lupei V,Lupei A,Ikesue A.Single Crystal and Transpar-ent Ceramic Nd-doped Oxide Laser Materials:a Compara-tive Spectroscopic investigation[J].Journal of Alloys and Compounds,2004,380:61-70.
[2]付文娟.以固相法合成YAG之研究[D]台湾:南台科技大学,2003.
[3]Geusic J E,Marcos H M,Van Uitert L G.Oscillations in Nd-Doped Yttrium Aluminium,Yttrium Gallium and Gad-olinium Garnets[J].Appl.Phys.Lett,1964,4(10):182-184.
[4]Jennifer Stone-Sundberg,Paul Sarkies,Julian Sarkies,et al.Crystal Growth of High Doped Nd∶YAG[J].Optical Materials,2004,26(4):337-341.
[5]With G de,Van Dijk HJ A.Transparent Y3Al5O12Ceram-ics[J].Mat Res Bull,1984,19(7):1669-1674.
[6]Vrolijk J W G A,Willems J W MM,Metsellar R.Copre-cipitation of Yttrium and Aluminium Hydroxide for Prepara-tion of Yttrium Aluminium Garnet[J].Eur.Ceram.Soc,1990(6):47-51.
[7]Ikesue A,Furusato I,Kamata K.Fabrication of Polycrys-talline,Transparent YAG Ceramincs by a Solid-state Re-action Method[J].Am.Ceram.Soc,1995,78(8):225.
Nd∶YAG纳米粉体 篇5
透明陶瓷是最具前途的新一代高能、高功率全固态激光器的工作物质,而透明陶瓷激光材料中研究最多的是掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)材料。Nd∶YAG作为激光工作物质具有优良的光学性能,其中,Nd∶YAG单晶具有良好的光光转化效率和化学稳定性,是固体激光器工作物质的主体,但是单晶制备周期比较长,难以获得大尺寸,无法实现大功率输出。Nd∶YAG透明陶瓷的制备在高掺杂、大尺寸、低成本等方面具有优势,有望取代单晶材料而成为新一代高能、高功率全固态激光器的工作物质[1,2]。
正是由于Nd∶YAG透明陶瓷在制备方面具有特殊的优势,因此其制备技术、性能测试等方面的研究也受到广泛的重视。目前主要采用的透明激光陶瓷的制备过程与普通陶瓷基本相同,主要包括粉体制备、成型、烧结等工艺,但对具体的工艺过程有着特殊的要求[3]。目前制备Nd∶YAG粉体的方法主要有溶胶-凝胶法、共沉淀法、燃烧法等。成型工艺主要是压制成型,包括干压成型、等静压成型和注射成型等。烧结工艺是陶瓷制备的核心关键环节,目前透明陶瓷大多采用真空烧结或气氛烧结法,另外还有一些特种烧结方法,如激光烧结、微波烧结、等离子烧结和振荡烧结等[4]。本文探索性地采用真空电子束烧结Nd∶YAG陶瓷材料,并对其结构和性能进行了研究。
2 实验
采用商业的氧化铝、氧化钇和氧化钕原料,按Nd∶YAG的化学计量比配料,经干燥、混合、球磨后得到Nd∶YAG粉末,经压制后放置在真空室内的坩埚上,在高真空条件下,采用电子束扫描加热方式对Nd∶YAG坯料进行烧结。电子束由磁偏转式E型电子枪产生,电子枪最大功率为6000W,扫描偏转由PS-3型偏转扫描电源控制。
原料的纯度测试采用化学分析测试主成分含量,采用扫描电镜测试Nd∶YAG粉体和Nd∶YAG陶瓷的形貌,采用1000m W连续半导体激光器激发,激发波长为808nm,海洋光学maya 2000-pro光纤光谱仪(750nm~1100nm)测试Nd∶YAG陶瓷样品室温下的荧光光谱。
3 结果与讨论
本研究采用的是在真空条件下的电子束扫描加热方法,电子束扫描加热的原理如图1所示,通过磁偏转式E型电子枪产生电子束,电子束首先在电场作用下加速会聚,进而在磁场作用下进一步聚焦并偏转270°射入Nd∶YAG坯料上,其动能转化为热能进行加热烧结。通过调整控制电子枪的电压和功率,可以控制电子束加热烧结的温度,通过改变X、Y偏转电流,电子束可前后、左右移动,通过施加交变电流,电子束可在Nd∶YAG坯料上作不同幅度和频率的自动扫描,达到均匀加热的效果,通过在坩埚外部增加冷却水,可以控制降温速度。通过对比实验,优化的参数为:真空度5×10-3Pa,电子枪功率1000W,圆形扫描方式,加热烧结时间30min,降温冷却时间30min。
1.电子枪2.导磁板3.X线圈4.Y线圈5.坩埚6.电子束7.水冷套
采用固相反应-球磨粉碎制备的Nd∶YAG粉末如图2所示,Nd∶YAG坯料经过真空电子束加热烧结后如图3所示。Nd∶YAG粉末压制的坯料经过真空电子束加热烧结后,形成陶瓷结构并出现明显的结晶化态,而且陶瓷边缘出现蓝色的结晶体,由于Nd∶YAG坯料未经过加压成型,因此电子束烧结后Nd∶YAG陶瓷材料致密度较低,并且中间区域由于加热温度过高而使部分材料被蒸发。
室温下Nd∶YAG陶瓷材料样品的荧光光谱如图4所示,对比Nd∶YAG单晶的荧光光谱图5可以看出,Nd∶YAG陶瓷材料样品的荧光光谱与Nd YAG单晶基本相似,1045~1085nm处的发射峰对应于Nd3+的4F3/2~4F11/2跃迁,但1064nm处的主荧光峰峰值低于单晶材料,说明发射强度较弱,这与Nd∶YAG陶瓷材料的致密度较低有关。
可用作激光工作物质的Nd∶YAG透明陶瓷的烧结技术,关键是使材料本身致密,气孔率超低、晶粒大小适宜均匀,除了目前使用较多的热等静压烧结,还原性气氛烧结或真空烧结,还有微波烧结、激光烧结、等离子烧结和振荡烧结等特殊方法[4],例如放电等离子快速烧结,由于其快速升温和冷却的特点,有利于控制晶粒的异常长大,已制备出致密的Al N和YAG透明陶瓷。激光烧结目前在Ta2O5透明陶瓷研究中获得应用。这些透明陶瓷特殊烧结技术的研究工作,对寻找新的烧结方法提供了很好的启示作用。本文探索性地采用真空电子束加热烧结Nd∶YAG陶瓷材料,工艺上具有真空条件下有利于内部气孔排除,表面扫描均匀加热烧结,升温和冷却速度快的优点,也取得了初步的研究进展,不过,这种技术也存在难以施压外部压力、内外加热不均匀等缺点,还有待进一步的研究。
4 结论
Nd∶YAG激光陶瓷材料及其激光器完全可能取代Nd∶YAG单晶材料及激光器,具有重要的战略意义和广泛的应用前景。在现有制备透明陶瓷工艺的基础上如何寻找新的突破,本文探索性地采用在真空条件下的电子束扫描加热方法烧结Nd∶YAG陶瓷材料,研究真空电子束烧结技术和工艺参数,并对Nd∶YAG陶瓷材料的结构和性能进行了测试,室温下得到和Nd∶YAG单晶接近的荧光光谱。但采用真空电子束加热烧结技术还未能制备出透明的Nd∶YAG陶瓷,同时1064nm处的主荧光峰峰值低于单晶材料,说明发射强度较弱,这都与Nd∶YAG陶瓷材料的致密度较低有关。
摘要：采用真空条件下的电子束扫描加热方法烧结Nd:YAG陶瓷材料,研究真空电子束烧结技术和工艺参数,并对Nd:YAG陶瓷材料的结构和性能进行了测试,室温下得到了和Nd:YAG单晶接近的荧光光谱。
关键词：Nd:YAG陶瓷,电子束,烧结,激光
参考文献
[1]刘颂豪,李淳飞.光子学技术与应用[M].广州:广东科技出版社,2006.
[2]李先学,邱国彪,罗小铭,等.国内外透明激光陶瓷的研究现状[J].山东陶瓷,2009,32(1):26-29.
[3]李霞,刘宏,王继扬,等.钇铝石榴石透明激光陶瓷的研究进展[J].硅酸盐学报,2004,32(4):485-506.
Nd∶YAG纳米粉体 篇6
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组太田痣患者3 162例,男468例,女2 694例;年龄3个月~52岁,中位年龄21.3岁,发病时间3个月~40年,颜色从浅褐色到蓝黑色,面积1~150cm2,平均约20cm2,其中既往曾进行过液氮冷冻、皮肤磨削、植皮、CO2激光等治疗28例,遗留不同程度的局部轻度瘢痕及色素减退等,所有病例均来自我科门诊。
1.2 仪器
采用美国康奥公司生产的MedliteⅡ调Q开关Nd:YAG激光(调Q开关掺钕钇铝石榴石激光),波长1 064nm,频率1~10Hz/s,脉冲宽度5~10ns,最大输出脉冲能量密度15J/cm2,常用光斑大小为2mm、3mm、4mm。
1.3 治疗方法
治疗前对患者病史仔细询问,并记录病历,向患者讲解术中配合方法及术后注意事项。治疗时患者平卧,如非眼睑部位皮损需治疗,用纱布盖住双眼,治疗部位予0.1%新洁尔灭溶液消毒,治疗具体参数根据患者年龄、皮损颜色、部位、病程及治疗经验进行选择,一般采用由外向内照射,光斑之间可部分重叠,防止遗漏。治疗时皮损处有轻度点状出血现象,皮肤有电击感,大部分人均可耐受,无需特别处理,对痛阈较低者,可应用表面麻醉剂复方利多卡因乳膏(利多卡因与丙胺卡因的混合剂)治疗前封包1~1.5h,消毒棉签清除干净后再激光治疗[4]。治疗中操作者及患者均需保护眼睛,操作者需戴专门的防护眼镜,患者需注意治疗后的保养,间隔3~6个月后,根据皮损区色素消退情况,选择最佳方案再次治疗。太田痣激光治疗后7~10d创面不能接触水,局部外涂红霉素软膏或莫匹罗星软膏,每天2次,面积较大者可口服3d抗生素,以防止继发感染,感染后可能出现瘢痕,创面会自然结痂、脱落,勿强行剥离,以免愈合不良,留下瘢痕,创面恢复期间勿化妆,禁食烟酒及辛辣刺激、含有光敏感物质的食物,如香菜、韭菜、芹菜等,注意防晒,减少色素沉着的可能,以免影响疗效。如出现色素沉着,需适当延长治疗的间隔时间。脱痂后的皮肤较娇嫩,不宜使用有刺激性的化妆品,尽量使用一些柔和的护肤品,日常清洗时,对患处不宜用力揉搓。对皮损处的皮肤进行适当的护理,可有效地促进皮肤颜色的消退,减少激光治疗次数[5]。
1.4 疗效判断标准
痊愈:皮损颜色消退≥91%。显效:皮损颜色消退61%~90%。好转:皮损颜色消退21%~60%。无效:皮损颜色消退≤20%或无改变[6]。总有效率=(痊愈+显效)/总例数×100%。
2 结果
本组3 162例患者经1~20次治疗,2 846例(90.0%)痊愈皮肤色素与正常皮肤基本一致,1例患者经6次激光治疗后皮损颜色无明显消退,放弃治疗,其余患者色素减退>60%,疗效显著,目前正在继续观察治疗中,总有效率为99.9%。经过1~2次治疗后,太田痣颜色开始变浅,色素吸收最快部位为颊部,吸收最慢是眼部周围,黑色、蓝色的吸收较好,治疗效果明显;而浅色的色素吸收相对较少,大部分患者经4~6次治疗后,皮肤颜色与健侧基本一致,2例颊黏膜受到波及的患者色素消退缓慢。治疗次数越多,皮损色素消退越多。有12例患者经4~10年后复发,再治疗2~5次后全部消退,尚未发现再复发。8例遗留轻微增生性瘢痕,但未明显影响外观,未特殊处理。237例患者在治疗后出现程度不等的继发性色素沉着,但下次治疗前基本能自行恢复,无明显色素减退。156例患者在治疗区出现暂时性痤疮皮损增多现象,但治疗后均缓慢消退。
3 讨论
太田痣又称“眼上腭部褐青色痣”,由日本东京大学皮肤科太田正雄医师1938年首次报道,是一种侵犯巩膜和三叉神经分布区的良性色素性皮肤病。太田痣的发病原因尚不清楚,只有少数患者有家族遗传史,可能是胚胎在发育期间,黑素细胞由神经嵴向表皮移行时,由于某种原因未能通过表皮真皮交界,停留在真皮内而形成的病变。临床观察发现先天发病者只占一半以上,部分到儿童期和青春期才出现。病因与常染色体遗传有关,因此不排除复发的可能。皮损广泛可波及到眼睑、睑结合膜、巩膜、颊、额、头皮、鼻翼及耳朵,上腭及颊黏膜也可受累,尤其好发于眼部和颧部,分布通常限于三叉神经第一、二支所支配的区域,偶有色素性皮损发生于躯干。皮损颜色深浅不一,可呈蓝黑色、青灰色、褐青色、浅褐色,面积大小不等,该病多发于女性,随着年龄的增加,部分患者颜色可加深,皮损的颜色也可在短期内变化,特别是女性患者,疲劳和阴天时可加深,严重影响患者的面容外观及心理,甚至产生社交障碍。在病理上,黑色素细胞散在于真皮胶原纤维之间,色素颗粒为褐色,长梭形或树枝状,长轴与皮面平行,主要分布于真皮浅层和中层,而深层较少[7]。过去曾用多种方法治疗,如化学药物剥脱、二氧化碳激光烧灼、冷冻疗法、植皮等,但由于这些方法在破坏黑色素的同时也破坏了周围的正常组织,易导致瘢痕形成、色素异常等后遗症。
自1960年Maiman发现激光以来,激光技术就广泛应用于医学。近年在皮肤科临床,现代激光技术已成功地应用于治疗色素性、血管性皮肤病及各种皮肤赘生物、瘢痕、脱毛、除皱等,收到了良好的效果。激光具有方向性好、相干性强的特性,光谱单一,用于照射组织时,可仅被细胞的某一分子或基团吸收,因而有可能选择性地作用于与疾病发生有关的组织、细胞,使之破坏或改变生理机能,从而达到治疗目的。随着Anderson RR和Parrish JA的“光热分离”(photothermolysis)理论的提出,激光治疗的选择作用得到明显提高,即当应用脉冲激光治疗时,靶组织中色基吸收的光能为间断性的,转化的热能也为间断性的,如脉冲时间短于靶组织的热释放时间,即热弛豫时间(TRT,激光照射靶组织,靶组织吸收光能后所产生的热能衰减50%所需的时间),即可使热能仅作用于靶组织,而不致引起相邻组织的损伤,从而提高治疗的选择作用。因此,选择适当的激光及适当的脉冲宽度和间隔时间是保证激光在治疗中得到良好光热分离的必要条件。
调Q开关Nd:YAG激光治疗太田痣的有效性和安全性是基于选择性光热作用原理,其1064nm波长能被黑色素吸收,而不被其他组织吸收,且选择性很强,此种波长能穿透表皮,达到真皮内所要破坏的黑色素细胞,所产生的能量足以破坏黑色素细胞,脉宽远小于太田痣黑素细胞中黑素小体的热弛豫时间(约1ms),因而对表皮正常黑素细胞及周围组织的损伤极小,不易形成瘢痕,所以这种方法易被患者接受[8]。
Q开关可将激光能量储存起来,并在很短的时间内(7~10ns)释放出来,形成能量密度很高的巨脉冲,穿透病变处的表皮进入真皮,病变处的色素颗粒在吸收激光能量后将被破坏、粉碎,这些被粉碎的色素再由体内吞噬细胞吞噬清除。由于病损的色素在皮下呈立体分布,每次激光的治疗只能祛除部分的色素,所以对太田痣需多次的激光治疗才能达到满意的疗效。由于机体吞噬和清除被粉碎的色素是一个缓慢的生物过程,所以合理的间隔有助于黑素的充分吸收和清除,也有利于皮肤组织的修复,降低并发症的发生。根据国内外的经验,采用的治疗间隔为3~6个月不等[9]。国内学者[10]通过病理和电镜观察,建议5~6个月是较合理的间隔时间。一般在3~4次治疗后太田痣颜色消退显著,治疗次数越多效果越好,治愈标准为患侧皮肤色泽与正常皮肤色泽一致或基本一致,太田痣吸收部位以颊部最快,而眼睑部最慢,可能与眼睑部位的组织结构有关。笔者观察到有12例患者经4~10年后复发,可能与性激素、日晒及治疗次数不足有关。8例遗留轻微瘢痕,可能与患者自身体质及操作不当、激光能量过大有关。156例患者在治疗区出现暂时性痤疮皮损增多现象,可能与患处皮脂腺受到激光刺激有关。根据19年的观察,应用调Q开关Nd:YAG激光治疗太田痣疗效满意,无明显瘢痕形成及色素沉着或减退、脱失,不良反应少,安全可靠,该疗法明显优于CO2激光、冷冻、磨削、植皮术等。值得注意的是,通常Q开关Nd:YAG激光的治疗效果随治疗次数增多而逐渐提高,通常因激光照射无法将太田痣真皮黑素细胞全部破坏,需多次治疗。同时,两次治疗的间隔时间应确定好。
综上所述,应用调Q开关Nd:YAG激光对太田痣患者进行治疗时疗效满意,不良反应少,安全可靠,该疗法明显优于CO2激光、冷冻、磨削、植皮术等,可作为太田痣的首选治疗方法,有助于提高患者的信心及生活质量,值得临床推广。
摘要：目的 观察调Q开关Nd:YAG激光治疗太田痣的疗效。方法 太田痣患者3 162例,运用调Q开关Nd:YAG激光治疗,观察治疗效果。结果 经1~20次治疗,3 162例太田痣痊愈2 846例,皮肤色素与正常皮肤基本一致,1例患者经6次激光治疗后皮损颜色无明显消退,放弃治疗,其余患者色素明显减退,疗效显著,目前正在继续观察治疗中。有12例患者经4~10年后复发,再治疗2~5次后均消退,尚未发现再复发,总有效率为99.9%。8例遗留轻微增生性瘢痕,但未明显影响外观。结论 应用调Q开关Nd:YAG激光治疗太田痣疗效满意,不良反应少,安全可靠,该疗法明显优于CO2激光、冷冻、磨削、植皮术等。
关键词：调Q开关Nd:YAG激光,太田痣
参考文献
[1]翁伟丽,李勤,余文林,等.调Q激光治愈太田痣后复发病例分析[J].临床皮肤科杂志,2012,41(1):53-55.
[2]张凯,姬瑜.太田痣的激光治疗进展[J].中国麻风皮肤病杂志,2015,31(9):543-545.
[3]许成蓉,张晓鸣,陈映玲,等.不同波长激光对太田痣治疗的影响[J].激光生物学报,2011,20(4):564-568.
[4]谭军,吴东辉,钟茜,等.Q开关激光治疗双侧面部获得性太田痣样斑287例疗效分析[J].中国美容医学,2010,19(6):869-871.
[5]任佳,黄伟光,金岚,等.Medlite C3激光治疗太田痣疗效评价方法的探索[J].激光杂志,2010,31(1):70-71.
[6]李朝惠,尹锐,邓军,等.Q开关Nd:YAG激光治疗太田痣1496例疗效分析[J].中国美容医学,2011,20(12):1934-1935.
[7]胡玲玲,宋为民,沈静,等.Q开关激光多疗程治疗太田痣无效二例[J].中华皮肤科杂志,2011,44(10):729-730.
[8]郝瑜,胡永璐,张明媚,等.Q开关1064nm Nd:YAG激光治疗面部太田痣52例临床体会[J].职业与健康,2010,26(14):1657-1658.
[9]高微.Q开关激光治疗太田痣的临床分析[J].中国卫生标准管理,2015,6(17):43-44.
Nd∶YAG纳米粉体 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
120例病例中, 其中女性73例, 男性47例, 年龄18~62岁, 平均年龄40.2岁, 病程1~10年, 平均5.1年, 慢性肥厚性咽炎72例、下咽部囊肿48例。来院均诉有咽喉部明显异物感及吞咽梗阻感, 受凉感冒及进食辛辣食物后加重。本组病例来院时均行了电子纤维喉镜及颈部超声检查, 排除异位甲状腺及肿瘤可能。本组的病例均符合慢性肥厚性咽炎及下咽部囊肿诊断。大部分病例均有院外长期运用抗生素及激素类药物的用药史, 效果欠佳。我科选STORZ鼻内镜系统电视成像, WOLF 00或者700鼻内镜, 支撑喉镜配合行手术治疗。
1.2 方法
本组病例来院均行常规术前检查。98例病例采用1%丁卡因注射液+1%盐酸肾上腺注射液混合液做咽喉部表面麻醉, 22例病例采用常规插管全身麻醉。鼻内镜系统电视成像支撑喉镜下检查下咽各个部位。脉冲Nd:YAG激光选用直径1~2 mm激光束。直型外套管固定激光束, 前端留5 mm激光纤维, 调整激光能量100~120 Mj, 频率20~30 Hz, 冲脉数120~180次, 作用时间2~5 s, 均采用接触性手术治疗。对慢性肥厚性咽炎选择肥厚增生明显处行脉冲Nd:YAG激光治疗, 至肥厚明显处汽化、凝固发白为止;对下咽部囊肿选择囊肿最突出咽喉腔处先行激光打孔, 待突出处凝固后进入囊腔作囊肿壁周汽化、凝固。本组病例术中均运用地塞米松磷酸钠注射液10 mg静脉滴注。本组病例回病房后均给予注射用青霉素钠640 U、地塞米松磷酸钠注射液10 mg静脉滴注, 治疗3 d后出院, 出院时均嘱戒烟戒酒及清淡饮食。
1.3 疗效判断标准
根据患者术后出院1个月异物感及吞咽梗阻感的消失和减退情况结合间接喉镜下咽喉部的检查结果判定疗效。治愈:患者诉异物感及吞咽梗阻感消失, 间接喉镜下见Nd:YAG激光治疗区光滑、平整;好转:患者诉异物感及吞咽梗阻感减轻, 间接喉镜下见Nd:YAG激光治疗区欠光滑、欠平整, 有轻微的慢性充血;无效:患者诉异物感及吞咽梗阻感仍然存在或较术前加重, 间接喉镜下见Nd:YAG激光治疗区欠光滑、见明显的滤泡及肥厚, 慢性充血仍然明显。治愈率+好转率合计为有效率。
2 结果
所有病例出院后1周复诊, 间接喉镜检查发现:脉冲Nd:YAG激光治疗区假膜形成并见部分假膜脱落, 慢性肥厚性咽炎病例未见明显滤泡及肥厚, 下咽部囊肿周围假膜形成, 囊肿消失。112例病例诉术前异物感及吞咽梗阻感消失, 8例病例诉症状异物感及吞咽梗阻感改善不明显, 均为慢性肥厚性咽炎病例, 嘱口服强的松30 mg, 清晨顿服, 连续3 d后复诊, 诉异物感及吞咽梗阻感减轻。出院后1个月门诊再次复诊。112例病例患者诉咽喉部明显异物感及吞咽梗阻感消失, 不影响正常工作和生活。间接喉镜检查见咽喉部无明显慢性充血, 未见囊肿复发, 脉冲Nd:YAG激光治疗区光滑、平整。7例病例诉咽喉部明显异物感及吞咽梗阻感减轻, 间接喉镜下见Nd:YAG激光治疗区欠光滑、欠平整, 有轻微的慢性充血。1例病例诉异物感及吞咽梗阻感仍然如术前, 间接喉镜下见Nd:YAG激光治疗区欠光滑、见明显的滤泡及肥厚, 慢性充血仍然明显。建议中医科治疗并嘱改善生活饮食习惯, 1个月后第二次门诊复诊诉异物感及吞咽梗阻感仍然如术前, 间接喉镜下见Nd:YAG激光治疗区欠光滑、见明显的滤泡及肥厚, 慢性充血仍然明显。目前正继续接受中医科治疗。治疗结果显示:治愈112例, 治愈率93.3%;好转7例, 好转率5.8%;无效1例, 无效率1.0%。总有效率99%。
3 讨论
目前认为慢性肥厚性咽炎主要与急性咽炎的反复发作、上呼吸道炎症刺激、饮食习惯、职业因素、心理因素、全身因素、环境因素有关[1]。下咽部囊肿形成原因尚不明确。因慢性肥厚性咽炎、下咽部囊肿引起的咽喉异物感及吞咽梗阻感目前采用的主要是非手术和手术治疗。对于心理因素明显的患者, 目前采用的治疗方法主要是告知放松心理负担、改善饮食习惯、减轻工作压力, 辅助以药物等保守治疗。手术治疗目前采用最多的治疗方法就是激光治疗。该组120例病例中, 慢性肥厚性咽炎72例、下咽部囊肿48例, 均采用硬管喉内镜下脉冲Nd:YAG激光治疗。我们准确的运用激光的生物学特性中的汽化、凝固、电凝作用[1], 结合硬管喉内镜清晰的照明和定位治疗这120例病例, 取得了良好的治疗效果。目前Nd:YAG激光主要运用治疗白内障术后后囊浑浊[2]、面部座疮瘢痕[3]、慢性肥厚性鼻炎[4]等。因慢性肥厚性咽炎、下咽部囊肿引起的咽喉异物感及吞咽梗阻感目前国内运用硬管喉内镜下脉冲Nd:YAG激光手术治疗慢性肥厚性咽炎和下咽部囊肿的报告文章几乎没有。慢性肥厚性咽炎和下咽部囊肿以往主要采用的微波治疗和传统冷光源照明肉眼下的Nd:YAG激光治疗。硬管喉内镜下脉冲Nd:YAG激光手术治疗较之上述两种治疗方法具有视野清晰、操作准确、术中无出血、手术创伤小、病人痛苦减轻、治疗效果确切等优势, 值得在临床咽喉科中推广。
摘要：目的 为了探讨硬管喉内镜脉冲Nd:YAG激光治疗慢性肥厚性咽炎、下咽部囊肿术后的治疗疗效。方法 采用STORZ鼻内镜系统电视成像, WOLF 0度或者70度鼻内镜, 支撑喉镜配合行手术治疗。结果 本组120例病例中112例病例手术后患者诉异物感及吞咽梗阻感消失。结论 硬管喉内镜下脉冲Nd:YAG激光手术治疗术后疗效确切, 操作准确简单, 易于推广。
关键词：硬管喉内镜,脉冲Nd:YAG激光,咽炎,囊肿,疗效显著
参考文献
[1]黄选兆, 汪吉宝, 孔维佳, 等.实用耳鼻咽喉头颈外科学[M].2版.北京:人民卫生出版社, 2008.
[2]王俊恩.Nd:YAG激光后囊膜切开术后治疗白内障术后后囊浑浊[J].中国激光医学杂志, 2012, 20 (4) :371-373.
[3]蔡宏, 宋为民, 金宪强, 等.冷触Nd:YAG激光治疗面部座疮瘢痕的临床疗效级不良反应[J].中国激光医学杂志, 2012, 20 (4) :381-384.
Nd∶YAG纳米粉体 篇8
关键词：铝锂合金,激光焊,焊缝,组织,织构
一直以来,世界范围内的能源消耗不断增长,而且在可预见的未来还将持续增长。减重增效已被世界各国公认为提高能源利用效率的重要手段。而轻金属结构材料的使用是减轻整体结构质量、提高能源利用效率的有效途径之一[1]。在航空航天工业中,铝锂合金由于具有低密度,高比强度和比刚度,优良的低温性能,良好的耐腐蚀性和卓越的超塑成形性能,用其取代常规铝合金,可使构件质量减轻10%～15%,刚度提高15%～20%[2,3],被认为是21世纪航空航天工业的最理想的轻质高强结构材料。在航空航天工业中,用焊接工艺代替传统的铆接等机械工艺可以减轻结构质量,提高运载能力,获得显著的经济效益,焊接是铝锂合金结构制造的重要手段。至今,人们采用了多种工艺方法进行焊接,传统的弧焊工艺热输入量大,变形严重,接头强度较低,制约了这种材料尤其是薄板结构应用的进一步扩大。相比之下,激光焊接具有输入线能量小,变形小,接头性能优良等优点,有望解决现有工艺存在的问题。
5A90 铝锂合金是Al-Li-Mg系的一种新型国产化合金材料,是前苏联1420铝锂合金的相近牌号,具有中等强度、良好的抗腐蚀性和出色的焊接性[3]。虽然国内外对于1420合金焊接的研究报道较多,但关于5A90 铝锂合金激光焊接的问题目前研究报道很少,特别是激光焊接方面,主要涉及金属蒸气/等离子体特征[4,5],焊接工艺及焊接缺陷分析[6,7],焊接接头的组织及力学性能方面[3,8,9]。由上述文献可以看出,目前对于5A90铝锂合金焊接接头组织精细结构的研究,国内外鲜有报道。
众所周知,焊接接头的力学性能取决于其微观组织和结构。当5A90铝锂合金经过激光焊接后,其接头焊缝中凝固组织、合金元素的分布及晶粒取向等发生改变,而组织差别必然引起力学性能的不同。为了揭示这一改变,利用光学显微镜、扫描电镜观察了焊缝、热影响区(Heat Affected Zone, HAZ)及母材的显微组织,采用SEM/EDS能谱分析了焊缝中的合金元素分布,采用EBSD技术测试了焊缝中的晶粒取向,目的是探讨激光焊对铝锂合金微观组织结构的影响,为合理制定5A90铝锂合金激光焊工艺提供依据,也将为铝锂合金激光焊接结构在航空器结构中的应用奠定基础。
1 实验材料与方法
实验材料为国产5A90 铝锂合金,厚度为3mm,其化学成分如表1所示。激光焊接系统采用AM356 型Nd:YAG激光器,最大输出功率4.5kW,激光连续输出,光束质量参数为25mm·mrad, 传输激光的光纤直径为0.6mm, 聚焦透镜焦距为200mm。焊前用化学方法去除试件表面的油脂和氧化膜。焊接实验采用平板对接方式,焊接速率2.7m/min,激光功率1.8kW,激光离焦量为0mm。焊接过程中采用高纯度氩气对焊接区进行背保护和侧吹保护。
焊后线切割试板,经过镶样、研磨、抛光和腐蚀,制成金相试样,分别采用光学显微镜、扫描电镜HitachiS-3400N SEM进行母材、HAZ及焊缝凝固组织的观察,并利用SEM/EDS能谱分析了焊缝中合金元素的分布。采用EBSD技术进行焊缝及母材晶粒取向的分析, 扫描电镜为JEOL-JSM-6500F SEM,工作电压为15kV,试样使用1∶3的硝酸甲醇溶液双喷穿孔制备EBSD样品薄膜。
2 结果与讨论
2.1 焊缝凝固组织形态
从5A90铝锂合金激光焊接头横截面形貌(见图1)可知,接头包括母材、热影响区和焊缝金属三部分,热影响区的宽度很窄,这是由激光焊接热输入小的特点决定的。图2为图1中各标记部分对应的高倍SEM图片。由图2(a)可知,母材具有明显轧制特征的拉长的扁平组织,晶粒平均尺寸在10～30μm之间。图2(b)中的HAZ拉长的扁平状晶粒组织明显粗化,尺寸在30～100μm之间,但晶粒的形态没有改变。焊缝金属组织呈现独特的等轴树枝晶形态,如图2(c)所示。
在熔合线附近焊缝边缘形成了一个等轴细晶区(non-dendritic equiaxed grain zone, EQZ),晶粒尺寸3～10μm之间,呈球形,无分枝,但EQZ的宽度很小,仅为100～200μm,如图3所示。由图3可知,5A90铝锂合金激光焊焊缝中只有两种晶粒组织:焊缝边缘是等轴细晶区EQZ,其余区域为等轴枝晶。等轴枝晶不仅在焊缝中心形成,在焊缝宽度的90%左右的区域都形成了等轴树枝晶。焊缝中形成的大量等轴枝晶可以用金属组分过冷和异质形核理论来解释。
根据合金凝固理论,凝固组织形态与合金凝固过程中由于溶质分布而形成的“组分过冷”有关。是否产生组分过冷,决定于温度梯度G和液相线温度TL 的对比关系。产生组分过冷的临界条件是液相的实际温度T≤TL ,可用式(1)近似表达该条件:
undefined
式中:G为液相中温度梯度;R为结晶速率;C0 为合金中溶质浓度;k0 为分配系数;D 为溶质在液相中的扩散系数;m 为液相线斜率。
在溶质浓度C0 一定时,G/R是影响组分过冷度的重要参数。G/R越小,即降低温度梯度G或提高界面成长速率R,组分过冷度越大,且随G/R减小,焊缝凝固组织将按照胞状晶→胞状枝晶→柱状枝晶→等轴枝晶的顺序变化[10]。通常焊接冷却情况下,熔池结晶从熔合线开始,由于熔合线附近G最大,而R最小,不易满足组分过冷条件,一般新相是以半熔合区(Partially Melted Zone, PMZ)中未熔化的母材晶粒作为现成表面,以联生结晶方式生长。而5A90铝锂合金在HAZ与焊缝之间存在EQZ,这与联生结晶方式不同,因此焊缝中的新相形核不是来源于PMZ而是焊缝中未熔的异质颗粒。已有的研究结果证实,EQZ的形成与母材之间没有明显的联生结晶特征,而是来源于亚稳态Al3Zr粒子的异质形核和EQZ颗粒的结晶前沿存在较小的成分过冷度[11,12]。
与EQZ的形成机制不同,焊缝中等轴枝晶的形成则需要母材中较多的异质形核点和结晶前沿较高的成分过冷度,这是由5A90铝锂合金的成分和激光焊接工艺特点决定的。5A90合金中含有2%Li(质量分数,下同)和5%Mg元素及微量的Zr元素,Mg元素含量较多时,固液界面张力进一步降低,临界形核功也随之减少;Zr元素可与Al形成高熔点的平衡态的四方相Al3Zr粒子,可作为焊缝金属结晶的非均匀形核的核心。从组分过冷方面来看,Li是降低铝液表面张力最为有效的元素,Li元素在Al中的分配系数小于1,且作为表面活性元素易富集在固液界面前沿的液相中,这将增大组分过冷度。此外,从Nd:YAG激光焊接工艺参数看,冷却速率很快,这也进一步增大组分过冷度,有利于焊缝中大量等轴枝晶的形成,因此,5A90铝锂合金的成分特点和激光焊接工艺特点两方面导致了焊缝中出现了大量的等轴枝晶。
2.2 焊缝中合金元素的分布
在焊缝横截面上、中、下三个位置沿水平方向进行了SEM/EDS能谱线扫描,线扫描结果证实了焊缝中Al,Mg元素分布的不均匀性,得到了相同的焊缝中溶质元素的分布趋势,其中焊缝中部SEM/EDS线扫描结果如图4所示。
由图4可知,焊缝中Al,Mg元素焊缝宽度方向的相对浓度发生变化,在焊缝熔合线附近含量较高,而在焊缝中心部位含量低。焊缝中合金元素的分布情况是焊接过程熔池中金属液体的运动和元素扩散共同作用的结果,因此,焊缝元素分布特征可以从Nd:YAG激光焊接熔池的形成运动特点和扩散机理进行解释。但在激光焊接时,冷却速率很快,熔池中强烈的对流对元素分布的影响明显大于扩散作用。激光焊接时,由于激光束的功率密度很高,在金属蒸发反作用力等力的共同作用下,液态金属从小孔中喷射出,形成了表面液态金属由激光小孔向熔池边缘的流动[13],此时会把溶质“赶”向熔池的边缘(即熔合线),形成溶质高浓度区。
2.3 焊缝中的晶粒取向
图5是5A90铝锂合金组织(图2(a))及其焊缝组织(图2(c))EBSD选区上测得的{001},{111}散点极图。由图5(a)可以看出,该合金具有很强的典型冷轧铜型织构,并以S型织构{123}〈634〉取向为主,这与研究报道的面心立方金属的冷轧织构完全一致。而图5(b)焊缝的{001}及{111}极图显示了焊缝晶粒取向的随机分布,表明Nd:YAG激光焊接使5A90铝锂合金的晶粒取向发生了很大变化。这是因为焊缝是在加热熔化后经过结晶及连续冷却形成的,是一种快速冷却的铸态组织。在凝固过程中,焊缝液态金属以Al3Zr和Al3(Li,Zr)粒子为晶核随机均匀地生成并长大,因此结晶后的焊缝组织晶粒没有择优取向,即织构呈随机分布的状态。这个结果与HECTOR L G等[14]的研究结果一致,焊缝中等轴枝晶的织构分布为任意取向的随机分布。这进一步证实了焊缝金属的异质形核机理。
3 结论
(1)5A90铝锂合金激光焊焊缝区形成了大量的等轴枝晶组织,这是由于焊缝中存在较多的异质形核点和较高的成分过冷度。
(2) SEM/EDS能谱线扫描结果表明,焊缝中Al,Mg元素焊缝宽度方向的相对浓度发生变化,在焊缝熔合线附近含量较高,而在焊缝中心部位含量低。
【Nd∶YAG纳米粉体】相关文章：
纳米粒子与纳米材料08-01
纳米粒子与纳米材料论文04-15
纳米粒子与纳米材料论文提纲11-15
“纳米材料与纳米技术”课程论文05-03
纳米ZnO粉体08-25
纳米银04-28
纳米涂料05-04
纳米05-16
纳米硒06-28
多孔纳米05-10