[发明专利]析出β-NaGdF4纳米晶的稀土掺杂微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土离子掺杂微晶玻璃，特别是涉及一种析出β-NaGdF₄纳米晶的稀土掺杂氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。 

背景技术

微晶玻璃是一种性能优越、应用广泛的新材料。自微晶玻璃出现以来，在性能、制造工艺等诸多方面都有了较大的突破。随着微晶玻璃研究水平的发展，人们对微晶玻璃的性能和质量也提出了更高的要求。透明氧氟微晶玻璃以其优越的化学稳定性、机械强度和较高的发光效率，得到了许多微晶玻璃研究者的青睐，这种由氟化物微晶镶嵌于氧化物玻璃基质中构成的氧氟微晶玻璃有两个特殊的光学性质使它与传统的陶瓷材料不同：一是微晶颗粒的小尺寸(一般约几十纳米)以及微晶与玻璃态间折射率的近匹配避免了散射引起的能量损失，使它有高度的透明性；二是稀土离子溶解度大，掺杂的稀土离子优先富积于氟化物微晶中，因而可处于低声子能量的环境中。因此，稀土掺杂的氧氟微晶玻璃兼备了氟化物基质声子能量低、稀土发光效率高和氧化物基质物化性能稳定、可加工性强的特点，是一类优良的稀土掺杂基质材料，在太阳能电池、光放大和发光显示等领域具有良好的应用前景。 

稀土掺杂氧氟微晶玻璃的发光性能与氟化物纳米晶直接相关。NaYF₄和NaGdF₄等碱金属稀土氟化物具有声子能量低、多声子无辐射弛豫低、发光效率高等特点。NaYF₄和NaGdF₄均具有两种晶体结构：六方晶体结构和立方晶体结构，其中六方晶体结构的NaYF₄是众所周知的最佳上转换基质材料，而六方晶体结构的Ce³⁺和Tb³⁺共掺NaGdF₄是目前量子效率最高的发光材料。至今未见到有关析出六方相NaGdF₄纳米晶透明氧氟微晶玻璃的报道。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种析出六方相β-NaGdF₄纳米晶的稀土离子掺杂微晶玻璃及其制备方法。该微晶玻璃不仅具有良好的化学稳定性和机械性能，而且具有良好的发光性能。 

为实现上述目的，本发明的一种析出β-NaGdF₄纳米晶的稀土离子掺杂微晶玻璃按摩尔百分含量计，由以下组分组成： 

SiO₂：65-70％， 

B₂O₃：5-10％， 

Na₂O：5-10％， 

NaF：5-10％， 

GdF₃：5-10％， 

YbF₃和ReF₃：0.5-5％， 

其中Re为Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺中的任一种或任几种。 

优选地，本发明所述Re为Er³⁺和Tm³⁺。 

优选地，本发明所述Re为Tm³⁺和Ho³⁺。 

优选地，本发明所述Re为Er³⁺。 

优选地，本发明所述Re为Tm³⁺。 

优选地，本发明所述Re为Ho³⁺。 

本发明的稀土离子掺杂微晶玻璃的制备方法包括以下步骤：(1)称取各种原料并进行充分混合，所述原料按摩尔百分含量计，分别为 

SiO₂：65-70％， 

B₂O₃：5-10％ 

Na₂CO₃或Na₂O：5-10％， 

NaF：5-10％， 

GdF₃：5-10％， 

YbF₃和ReF₃：0.5-5％， 

其中Re为Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺中的任一种或任几种； 

(2)将步骤(1)得到的混合物在1450-1550℃下熔化并保温0.5-2小时得到玻璃熔体， 

(3)将玻璃熔体倒入模具中进行退火处理，得到前驱玻璃；