[发明专利]一种选择性激光熔融制备光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料的方法

说明书

技术领域：

本发明属于光功能材料领域，尤其涉及一种选择性激光熔融制备光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料的方法。

背景技术：

激光增益材料大多采用激光晶和稀土激光玻璃。激光晶热导性好、增益高，适于连续和高重复激射，但不能满足激光材料大尺寸的发展要求，同时，激光晶还存在稀土功能离子掺杂量低、掺杂均匀性不够好等不足之处。稀土激光玻璃则具有输出功率高、光学均匀性好、价格较低、易于制备等优点，但是材料的热导率、激光振荡阈值、重复次数等性能与晶相比有很大差距，玻璃中容易引入Pt、水等杂质，并且还存在高功率时易裂等问题，材料应用受到很大限制。

微晶玻璃是一类介于无机玻璃和晶之间的新型材料，它可高度晶化，也可含有大量玻璃相，用于激光领域前景非常诱人。一方面，可将发光离子有选择地植入微晶相中，使材料具有类似于晶的光谱特征，其不均匀谱线宽度变窄；另一方面，材料具有类似玻璃基质的透明性和热稳定性，可以进行大尺寸制备。但由于微晶玻璃存在晶结晶度不高、玻璃基体含有析晶杂质以及高度析晶情况下玻璃透明度低等不足之处，因此，现有技术条件下制备的微晶玻璃也很难满足激光玻璃高功率、高效率的要求。

与微晶玻璃相比，在由光转换微纳米晶和无机玻璃基质制备的光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料中，结晶性能优异的光转换微纳米晶起到很好的光转换作用，而无机玻璃基质仅起介质作用，同时又不引入稀土离子和析晶杂质。因此，这种微纳米晶-玻璃复合功能材料克服了单一晶材料尺寸受限以及微晶玻璃容易引入杂质、易碎的缺点，同时又将单一晶和微晶玻璃材料的独特优点有机的统一起来，是一类很有发展前景的光转换功能复合功能材料。

在光转换微纳米晶材料中，稀土离子掺杂的六方相氟化物晶材料，如NaYbF₄、NaGdF₄、LiYbF₄、NaYF₄、LiYF₄等，材料体系声子能量低，是迄今为止发现的最好的发光材料体系。但是，这些性能优良的光转换微纳米晶材料很难通过常规的方法引入到玻璃基质中，主要原因在于光转换微纳米晶-无机玻璃高温熔融复合过程中转换微纳米晶易发生由晶型的变化与破坏，导致材料的发光性能大幅度下降。采用低熔点玻璃基质能在一定程度上降低光转换微纳米晶-无机玻璃的复合热处理温度，但是低熔点玻璃基体的耐热性、耐酸碱性能很难以满足使用要求。

激光光束具有能量密度高、辐射加热快等优点，在耐高温性能优异的无机玻璃基质中引入特定的激光吸收功能物质，可使无机玻璃基质高效吸收激光能量，实现其与光转换微纳米晶的快速熔融复合。无机玻璃基质的快速熔融最大限度的降低了热作用对光转换微纳米晶的破坏，保证了光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料整体的光转换性能。目前，这种利用选择性激光熔融制备高性能光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料的方法还未见报道。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有的光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料及其制备方法的不足而提供了一种选择性激光熔融制备光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料的方法。

本发明的技术方案为：一种选择性激光熔融制备光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料的方法，其具体步骤为：

A)将分散好的功能复合粉体均匀地铺覆在真空室中处于预热状态的玻璃或陶瓷基片表面，控制功能复合粉体厚度为5～100μm，其中，功能复合粉体由光转换微纳米晶和无机玻璃粉体按照质量比(5～120)∶100组成；

B)将激光器发射的激光束均匀扫过功能复合粉体表面，功能复合粉体中的无机玻璃粉体吸收激光后与混合在一起的光转换微纳米晶快速融合复合，经冷却凝固后形成透明的光转换微纳米晶-玻璃复合薄膜；

C)根据厚度要求重复步骤A、B，即获得所需的光转换微纳米晶-玻璃复合功能材料。

优选步骤A)中控制功能复合粉体的厚度为10～30μm。基片的预热温度为100～300℃。