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CN102633433B - 一种多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法 - Google Patents

一种多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法 Download PDF

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揭光涛
何云龙
黄晟辰
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Abstract

本发明公开了一种多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法，其步骤为：首先在研钵中将氧化钨粉体、二氧化硅、氧化铝、氟化钙和稀土氧化物混合均匀，然后采用高温熔融，将熔融液冷却至室温后，进行热处理，获得多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃。本发明制备方法简单，原料成本低廉，整个制备过程在空气气氛中进行，无需特殊装置，所需设备简单。本发明首次在氟氧硅酸盐玻璃基体中引入氧化钨，经热处理同时生成WO3，WAl12和TiO2纳米晶，获得强烈的上转换红绿光输出。纳米晶颗粒尺寸均匀，使玻璃基体的网络结构发生变化，产生的纳米晶与稀土离子相互作用，有助于优化光学玻璃的光学性能。

Description

一种多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法，尤其是多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法。
背景技术
氟氧化物玻璃基质同时具备氟化物低声子能量及氧化物基质优良理化性能的优点，当该系统玻璃微晶化后，稀土离子选择性地富集于微晶相的低声子能量环境中，因而可减少多声子弛豫效应，提高了稀土离子的上转换发光效率，而氧化物玻璃基质则提供了基体良好的化学稳定性和机械强度。同时，由于析出的氟化物纳米晶在尺度上远小于可见光波长，当其与玻璃基质的折射率接近时，对可见及近红外光的具有高透过率，使得玻璃体仍保持透明状态。氟氧化物微晶玻璃的以上特点表明它是作为上转换发光的理想基质材料。因此，含多相纳米晶的稀土玻璃在全固态蓝绿激光器、三维立体显示、纳米探针等领域，受到国内外广大学者的极大关注。
在光学玻璃中制备纳米晶的方法有基础玻璃热处理法、激光诱导晶化法、烧结法、溶胶-凝胶法等。基础玻璃热处理法由于设备简单，反应参数简单和反应过程易控制而得到广泛应用，但通常情况下采用其它方法在玻璃基质中得到的纳米晶，需要复杂的反应过程才能制得。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作方法简单，成本低，发光强度高的多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐发光玻璃的制备方法。
本发明的多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法，采用的是高温熔融法，包括以下步骤：
1）将氧化钨粉体、二氧化硅、氧化铝、氟化钙、二氧化钛、氧化镱和氧化铒按摩尔比10: 50: 15: 20: 5: 5: 0.5~3.0放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；
2）将步骤1）的坩埚放入高温炉中，以7~10 oC/min升温速率升温至1550℃，保温2 h熔融；
3）将步骤2）的熔融液倒在300~500 oC的铜板或石墨板上冷却至室温，然后在700~800 oC热处理2~6 h。
本发明所用的稀土氧化物为氧化镱和氧化铒的混合物。
本发明的有益效果在于：
本发明制备方法简单，原料成本低廉，整个制备过程在空气气氛中进行，无需特殊装置，所需设备简单。本发明首次在氟氧钨硅酸盐玻璃基体中经热处理生成WO3，WAl12和TiO2纳米晶，获得强烈的上转换红绿光输出。纳米晶颗粒尺寸均匀，直径在40-60nm，使玻璃基体的结构发生变化，产生的纳米晶与稀土离子相互作用，有助于优化光学玻璃的光学性能。
附图说明
图 1 是多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的X射线衍射图谱。
图 2 是多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的上转换发射图谱与未经热处理样品的比较。
具体实施方式
实施例 1 
1）将氧化钨粉体、二氧化硅、氧化铝、氟化钙、二氧化钛、氧化镱和氧化铒按摩尔比10: 50: 15: 20: 5: 5: 1.5放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；
2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8 oC/min升温速率升温至1550 oC，保温2 h熔融；
3）将步骤2）的熔融液倒在300 oC的铜板上冷却至室温，然后在720 oC热处理4 h。
图 1曲线a是产品的X射线衍射图谱如所示，由图可见，样品衍射峰与标准图谱对照后，说明所得产品为WO3，WAl12和TiO2纳米晶。通过谢乐公式（Scherrer equation）计算，其晶体平均直径为40 nm。
图 2 是本实施例制备的氟氧钨硅酸盐玻璃在980 nm激发波长下的上转换发射光谱，其中曲线a为未生成纳米晶时的氟氧钨硅酸盐玻璃，曲线b为有纳米晶生成时的氟氧钨硅酸盐玻璃。比较图中曲线a和曲线b，可见本实施例制备的多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃，有WO3，WAl12和TiO2纳米晶生成时，在980 nm 激发波长下的产品比未生成WO3，WAl12和TiO2等纳米晶时在可见光区有更强的上转换发射强度，说明生成WO3，WAl12和TiO2纳米晶产品具有更优良的光学性能。
实施例 2
1）将氧化钨粉体、二氧化硅、氧化铝、氟化钙、二氧化钛、氧化镱和氧化铒按摩尔比10: 50: 15: 20: 5: 5: 0.5放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中； 
2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以10 oC/min升温速率升温至1550 oC，保温2 h熔融；
3）将步骤2）的熔融液倒在300 oC的石墨板上冷却至室温，然后在740  oC热处理6 h。
产品的X射线衍射图谱如图1曲线b所示，由图可见，样品衍射峰与标准图谱对照后，说明所得产品为WO3，WAl12和TiO2纳米晶。通过谢乐公式（Scherrer equation）计算，其晶体平均直径为60 nm。
本实施例制备的多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃上转换发射图谱如图2曲线c所示，其上转换发射强度比未经热处理没有纳米晶生成时的样品高。
实施例3
1）将氧化钨粉体、二氧化硅、氧化铝、氟化钙、二氧化钛、氧化镱和氧化铒按摩尔比10: 50: 15: 20: 5: 5: 3.0放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中； 
2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以10 oC/min升温速率升温至1550 oC，保温2 h熔融；
3）将步骤2）的熔融液倒在500 oC的铜板上冷却至室温，然后在800  oC热处理2h，得到多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃。

Claims (1)

1.一种多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：
1）将氧化钨粉体、二氧化硅、氧化铝、氟化钙、二氧化钛、氧化镱和氧化铒按摩尔比10: 50: 15: 20: 5: 5: 0.5~3.0放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；
2）将步骤1）的坩埚放入高温炉中，以7~10 oC/min升温速率升温至1550℃，保温2 h熔融；
3）将步骤2）的熔融液倒在300~500 oC的铜板或石墨板上冷却至室温，然后在700~800 oC热处理2~6 h，得到多相纳米晶和稀土离子共掺的氟氧钨硅酸盐玻璃。
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