[发明专利]一种析出La2O3纳米晶的微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在氧氟化物玻璃中析出La2O3纳米晶的微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

上转换发光也称频率上转换发光，是一种利用多光子的吸收产生的辐射跃迁过程，辐射的光子能量通常比泵浦光子能量高。更具上转换发光的机理可知，要发生较强的上转换过程，除了离子的能级匹配要好外，还要求发生上转换稀土离子的中间能级寿命较长，从而在泵浦光的作用下使该能级上有较大的离子集聚数。玻璃基质的声子能量越小，激发态离子发生无辐射跃迁的几率越低，稀土离子的激发态寿命越长，从而上转换现象更易产生。

过渡金属离子长期用作晶体基质材料的激活离子，它们在近红外区(1000～1600nm)能够发射超宽带的荧光，主要源于过渡金属离子的发光属于d-d跃迁，其价态电子与晶场直接相互作用，对周围晶场环境比较敏感，因而在适合的晶体基质中能够产生宽的荧光发射。过渡金属离子中，都能在近红外通讯波段产生宽带发光。为了提高过渡金属离子掺杂玻璃基质材料的发光效率，采用微晶玻璃作为过渡金属离子掺杂的基质材料是一种很好的方法。

微晶玻璃是通过对玻璃基体进行特定的热处理(受控核化、晶化)，使之长出大量均匀分布的微小晶体而形成的一类特殊玻璃材料，它具有接近陶瓷的性能，故又称为玻璃陶瓷。氧氟化物微晶玻璃是最近几年来发展起来的一种新材料，兼具氟化物、氧化物和晶体的优点，具有极大地研究价值。氟化物玻璃最大的优点是其玻璃基质声子能量和熔点很低，但其化学稳定性与机械强度较差；氧化物玻璃最大的优点是玻璃基质物化性质稳定，机械强度高，缺点是其玻璃基质声子能量高，使得发光效率降低甚至无法获得；晶体也具有低的声子能量，可以降低掺杂发光离子的无辐射跃迁几率，提高其量子效率和发光效率。在固体激光器、光通信和光信息等领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定、可用于实现高效可见光上转换发光和近红外宽带发光的析出La₂O₃纳米晶的微晶玻璃及其制备方法。

本发明的析出La₂O₃纳米晶的微晶玻璃，是一种掺杂稀土离子或者掺杂过渡金属离子的La₂O₃微晶玻璃，它的组分及其摩尔百分比含量为：

SiO₂：45

Al₂O₃：25

Na₂O或Na₂CO₃：15～20

LaF₃：7～12

稀土离子：ErF₃：0.1～7.9，YbF₃：0.1～7.9

过渡金属离子：NiO：0.05～2

La₂O₃纳米晶的微晶玻璃的制备方法，包括以下具体步骤：

1)掺杂稀土或者过渡金属离子的SiO₂-Al₂O₃-Na₂O-LaF₃系玻璃基体的熔制：

按权利要求1所说的摩尔百分比的配方称量各组分，将上述组分混合均匀后，于1400～1500℃下熔化后，保温1～2小时，将玻璃熔体倒入模具内，然后进行退火，于玻璃转变温度下保温1小时，再自然降温至室温，取出玻璃，用于微晶化热处理；

2)La₂O₃微晶玻璃制备：

根据玻璃的热分析(DTA)测试数据，将制得的玻璃在其第二析晶峰温度附近热处理1～6小时，然后自然降至室温，得到析出La₂O₃纳米晶的微晶玻璃。

通过差热分析(DTA)可知，本发明制备过程中，存在两个明显的析晶峰，其中第一析晶峰温度为LaF₃晶相主析晶峰，第二析晶峰温度为La₂O₃晶相主析晶峰；随着热处理温度的提高，在第二析晶峰温度附近处热处理，开始析出La₂O₃微晶。

本发明的有益效果在于：