孙亚男^1,2，赵小军²，周延春¹
(1. 航天材料及工艺研究所 先进功能复合材料技术重点实验室，北京 100076；2. 中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083)

摘 要：在RE₂O₃-Al₂O₃体系中，当RE₂O₃︰Al₂O₃=2︰1时，可生成分子式为RE₄Al₂O₉的稀土铝酸盐(其中RE=La、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Lu和Y)。RE₄Al₂O₉系列化合物具有相似的晶体结构，均属于单斜晶系，空间群为P21/c。在RE₄Al₂O₉的结构中铝原子位于AlO₄四面体中心，两个Al-O四面体共用顶角的一个氧原子构成Al₂O₇双四面体；四个稀土金属原子中有三个与O以七重配位的方式结合构成十面体，另外一个则与O以六重配位方式结合构成八面体。本文旨在总结RE₄Al₂O₉的晶体结构、制备方法，并介绍其性能及在热障/环境障涂层、固态激光、生物荧光标记等领域的重要应用前景。RE₄Al₂O₉的合成方法主要有固相反应法、溶胶凝胶法、共沉淀法、燃烧合成法等。通过X-射线衍射分析和Rietveld精修可获得其晶胞参数和原子位置等数据。采用第一性原理计算，可预测弹性模量、热导率、热膨胀系数等性能。在RE₄Al₂O₉材料中，研究最为全面的是Y₄Al₂O₉，计算和实验结果均表明，Y₄Al₂O₉具有较低的热导率、良好的高温稳定性、低的杨氏模量和较高的损伤容限。对于Nd₄Al₂O₉、Gd₄Al₂O₉、Tb₄Al₂O₉等的研究主要集中于热学性能，对Yb₄Al₂O₉、La₄Al₂O₉、Lu₄Al₂O₉、Sm₄Al₂O₉等的研究相对较少，它们的力学和热学性能有待探索。另外，RE₄Al₂O₉在升降温过程中会出现相变引起的体积变化，且变化可逆，该可逆过程对应相的具体成分和相变过程仍然未知。
关键词：稀土铝酸盐；单斜晶系；第一性原理计算；力学性能；热学性能