前段时间国家自然科学基金委主页上发布了2009年重大项目“透明陶瓷激光介质材料制备与性能调控”的指南，具体内容如下：

激光材料是激光技术发展的核心和基础，作为新一代固体激光材料—透明激光陶瓷，对国家安全和国民经济可持续发展具有重大意义，是陶瓷材料研究领域结构功能一体化的典范。

本项目在我国对透明陶瓷及激光技术的多年研究基础上，面向具有重大应用背景的新一代高能固体激光器，以激光陶瓷（如Nd：YAG）的制备与性能调控为目标，围绕陶瓷材料微结构的特殊性和激光产生与传输对微结构的敏感性开展创新性研究，关注新现象、新效应的发现；探索材料设计、制备科学与技术、损伤机理与微结构演化规律，实现激光陶瓷微结构与性能调控，获得大尺寸、高性能、低成本的激光透明材料，为高能固体激光系统的发展和应用奠定材料基础。

激光透明陶瓷的基础科学问题与关键制备技术的研究需要多学科交叉，本项目拟设置五个课题：1）透明陶瓷激光材料的设计与计算；2）高纯、单分散、均匀掺杂、高烧结活性纳米粉体的可控制备；3）透明陶瓷激光材料的制备和微结构调控；4）纳、微米尺度多晶体系光物理机制；5）透明陶瓷激光材料的特性表征和应用前景评估。

一、科学目标

实现在特定透明陶瓷激光材料体系中材料性能及其与微结构关系的理论预测并用于指导材料制备，揭示粉体形态与制备过程对材料微结构形成的影响机制并实现可控，阐明高致密透明陶瓷微结构的形成机制与规律并实现精确控制，突破高性能、低成本激光透明陶瓷材料的大尺寸（Φ≧150mm）与复合结构制备新技术，建立光与多晶物质相互作用理论框架，揭示在服役过程中激光透明陶瓷的微结构演变规律并指导优化力学和热性能，在kW级固体激光平台上完成激光输出性能和应用前景评估，设计与开发出拥有自主知识产权的1－2种激光透明陶瓷新材料以及新原型器件，为新一代高能固体激光用关键材料奠定基础，带动整个透明陶瓷材料学科理论和实践的发展。

二、研究内容

（一）透明陶瓷激光材料的设计与计算

建立陶瓷激光介质材料的掺杂、微观缺陷、光学、激光特性和相关热物理性能的模型，计算透明激光陶瓷的微观结构、掺杂元素的种类与分布对材料光性能的影响；基于陶瓷固体激光器的特殊结构设计建立成型与烧结的数学模型；为激光陶瓷材料的性能设计和新材料探索提供基础。

（二）高纯、单分散、均匀掺杂、高烧结活性纳米粉体的可控制备

揭示和分析非化学剂量比缺陷（例如反位缺陷和掺杂多位缺陷等）的形成机制，探索高纯、均匀掺杂和化学剂量比的单分散球形超微粉体的可控合成途径；研究粉体形貌和晶体结构特性对透明陶瓷制备过程中微结构的形成和演变的影响规律。

（三）透明陶瓷激光材料的制备和微结构调控

研究掺杂、晶界相对微结构形成与性能影响规律；成型、烧结技术与微结构的形成规律；高透光、高致密微结构实现中的反应动力学与热力学规律；均匀及非均匀梯度掺杂、多掺杂及复合结构对材料激光与光热性能的影响规律。

（四）纳、微米尺度多晶体系光物理机理

研究晶粒与晶界的尺寸对光学性能的影响规律；纳微尺度上不同有序度结构的光散射、吸收及发射特性；缺陷种类与分布对光学性能的影响规律；不同晶系的陶瓷材料的多样性微结构、界面特征对光性能的影响; 透明陶瓷中激活离子的种类、掺杂量与分布状态对激光的产生及其影响规律。

（五）透明陶瓷激光材料的特性表征和应用前景评估

配合材料制备，通过和同类激光晶体的比较，开展宏观散射和吸收特性的表征；探索材料新结构（复合结构等）和新泵浦方式（低量子亏损泵浦等）与激光输出特性的关系，由此发展适合激光陶瓷材料的先进评估手段；在kW级固体激光平台上，择优开展激光输出性能和应用前景评估，为材料的研制及其应用提供参考和依据。

三、资助年限  4年（2010年1月至2013年12月）

四、资助经费  1000万元