专利名称:一种铕掺杂含钼酸锌晶相透明玻璃陶瓷及其制备方法

专利申请号:CN201911205381.6公开号:CN110723907A申请日:2019.11.29公开日:2020.01.24申请人:长春师范大学一种铕掺杂含钼酸锌晶相透明玻璃陶瓷及其制备方法,所述铕掺杂含钼酸锌晶相透明玻璃陶瓷包含以下组分,以摩尔百分数计,ZnO:8%~15%,MoO 3:6%~10%,SiO 2:38%~48%,H 3 BO 3:15%~25%,NaF:11%~18%,Sb 2 O 3:0.2%~0.8%,Eu 2 O 3:0.05%~0.2%,上述各成分的含量之和为100%。采用熔融晶化法制备铕掺杂含钼酸锌晶相透明玻璃陶瓷。

硼铝硅系透明玻璃陶瓷晶粒生长动力学研究

采用熔融和两步热处理技术制备出B2O3-Al2O3-SiO2-ZnO-Li2O-K2O系透明玻璃陶瓷。硼铝硅系透明玻璃陶瓷晶粒生长动力学服从JMAK方程。用分形子谱维数分析了分形结构扩散控制晶体生长动力学过程,揭示了其与经典化学反应动力学的不同,得出了反应动力学与分形结构的关系,通过实验数据拟合出分形子谱维数dS为1.2688。结果表明用分形结构扩散控制反应动力学理论来分析硼铝硅系透明玻璃陶瓷的晶化过程是行之有效的。

透明玻璃陶瓷

透明玻璃陶瓷是由细晶粒和玻璃相组成的具有均匀致密结构的新型功能材料。本文综述了透明玻璃陶瓷的制备工艺、种类及性能,并对透明玻璃陶瓷的发展作了展望。

含CaF2纳米晶的透明玻璃陶瓷的制备工艺分析

采用熔融冷却法制备了组分为55SiO2-20Al2O3-5CaO-20CaF2及45SiO2-20Al2O3-10CaO-25CaF2两组玻璃,并通过热分析测定了玻璃的转变温度、核化温度和晶化温度。采取等温热处理工艺在不同温度下对两组玻璃进行3h晶化热处理并对热处理后的试样进行物相结构、透光率和微观形貌的表征。结果表明,将玻璃进行等温晶化热处理能制备含CaF2纳米晶的透明玻璃陶瓷;增加组分中CaF2及CaO的含量能提高体系的玻璃转变温度及成核温度;提高热处理温度使析晶程度增大,透光率下降;CaF2和CaO在玻璃中可引起成分偏聚而产生分相,提高玻璃的析晶程度。

具有重要应用前景的新型发光材料：透明玻璃陶瓷

近年来,针对稀土掺杂的含氟化物纳米晶和含半导体量子点的系列透明玻璃陶瓷,开展了材料的制备技术、显微结构调控以及光谱性能研究。主要研究思路是通过探索晶化动力学,了解晶相形成机理,调控纳米复合结构;在结构-光谱特性关系研究的基础上,优化结构,改善发光性能。研究取得系列重要成果,通过结构调控,获得了若干种具有优异上转换或下转换发光特性、应用前景广阔的透明玻璃陶瓷材料,如:1.制备的含Tm/Er:YF_3透明玻璃陶瓷可实现宽带红外发射,发光峰最大半高宽达175nm,可完全覆盖1.4～1.7μm光通讯窗口,可望开发为优良光纤放大器材料。2.通过改变稀土掺杂种类和溶度,含Re:YF_3透明玻璃陶瓷可分别具有近紫外、蓝色、绿色、红色和近红外多色上转换发光。3.成功获得了含Er:CdS或Eu:ZnO半导体量子点的透明玻璃陶瓷,通过量子点向稀土离子的能量转移,可以增强稀土发光。这为发展优良半导体发光材料提供了新的思路。4.成功制备了含Er:NaYF_4纳米晶的透明玻璃陶瓷,该材料吸收红外光后通过上转换过程发射强的可见光,且通过改变稀土掺杂溶度可基本实现红色和绿色上转换发光强度比的全程调制。该材料在扩大硅太阳电池对阳光有效响应频谱范围、提高光电转换效率方面具有重要应用前景。总之,制备工艺简单、成本较低的透明玻璃陶瓷是一类很有前途的新型发光材料,加强结构-性能关系和结构调控研究,是发展该材料的关键。

MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系透明玻璃陶瓷研究进展

透明玻璃陶瓷具有热膨胀系数可调、强度高、化学稳定性好的优点,且兼具透光/发光的特性,是一种在光学信息、生物技术、激光技术、红外遥感及民用照明等领域有着广泛的应用前景的新型功能材料。本文简述了玻璃陶瓷的透光机制,对形核剂、过渡金属离子及稀土离子掺杂MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(MAS)系透明玻璃陶的析晶及透光/发光性能方面的研究进展进行了介绍,并简要分析了开发具备透光/发光性质的高结晶度MAS透明玻璃陶瓷材料存在的问题,最后展望了透明玻璃陶瓷的发展趋势与前景。

Y3+-La3+共掺对MgAl2O4透明玻璃陶瓷结构及光学性能的影响

MgAl2O4透明陶瓷具有从紫外到远红外高透过率的优点,可以运用到很多领域,但透明陶瓷的制备温度极高,对设备要求高,工艺可控性差,玻璃陶瓷制备则可以克服这些缺点。采用熔融析晶法制备MgAl2O4透明玻璃陶瓷,并在玻璃体系MgO-Al2O3-SiO2(MAS)中掺入Y2O3,La2O3及两者的混合物,研究了Y2O3,La2O3和两者的共同掺杂对样品结构、形貌及光学性能的影响。采用XRD,SEM,EDS,红外光谱和固体紫外透过率等检测手段对样品进行了表征。研究结果表明,Y2O3可以抑制石英相的生成,La2O3有助于晶粒的均化,Y2O3掺杂摩尔分数为0.5%时尖晶石的相对质量分数为40.3%,La2O3掺杂摩尔分数为0.2%时尖晶石的相对质量分数为39.5%,同时掺入摩尔分数0.5%Y2O3和0.5%La2O3时尖晶石的相对质量分数为40.2%,400~2 000 nm波长范围内的紫外透过率大于80%,样品晶粒更均匀。

光功能透明玻璃陶瓷研究

透明玻璃陶瓷是由纳米晶与氧化物玻璃相组成的复合材料,当掺杂的发光中心(稀土或过渡族金属离子)进入纳米晶相时,该材料综合了纳米晶相优越的光学特性和氧化物玻璃基体良好的力学性能与化学稳定性,在光通讯、光显示、光伏电池等领域具有重要应用前景。主要介绍透明玻璃陶瓷材料制备技术、结构与性能等方面的研究进展,以及相关材料的应用前景;简要介绍我们在这领域开展的一些工作和进展。

Ce3+:YAG透明玻璃陶瓷的制备和光谱性能

针对目前玻璃微晶化法制备的Ce3+:YAG玻璃陶瓷存在透过率低和抗热衰减性能差等缺点,报道了基于气悬浮无容器凝固技术与热诱导微晶化法相结合的新方法。在采用商用Ce3+:YAG荧光粉和Al2O3制备母体玻璃的基础上,在930 ℃热处理2 h合成了高密度高结晶度Ce3+:YAG透明玻璃陶瓷,并研究了热处理温度对其物相及光谱性能的影响。结果表明,该玻璃陶瓷中仅有YAG相,纳米晶尺寸10~40 nm,最高析晶度(体积比)达57%;它具有与Ce3+:YAG荧光粉相似的吸收和荧光发射特性,可见光透过率为50%~60%;在200℃时发光积分强度能保持为室温下的84%;平均荧光寿命最短只有45 ns。验证了该新方法的可行性,并获得了具有较好光学性能和物化稳定性的样品,为透明玻璃陶瓷的合成提供了新思路。

不同应变率下蓝宝石透明陶瓷玻璃的力学响应

蓝宝石(A1_(2)O_(3))是透明陶瓷玻璃,它相较传统陶瓷(A1_(2)O_(3))有优良的透光性,而且保留了陶瓷优良的力学性能。利用电子拉伸机和分离式霍普金森杆设备对试样进行准静态应变率为(10^(−4)、10^(−3)、10^(−2)s^(−1))和4种动态应变率(850、1100、1300、1450 s^(−1))下的单轴压缩力学行为,用高速摄像机记录了蓝宝石透明陶瓷玻璃试样在准静态和动态压缩下的破坏过程。实验结果表明:从加载过程中的应力应变曲线是由加载段和失效段组成的,该材料是典型的脆性材料,并且有明显的应变率效应,随着应变率的提高,蓝宝石透明陶瓷玻璃的抗压强度也会提高;准静态和动态压缩下蓝宝石透明陶瓷玻璃都是在宏观裂纹扩展作用下失效破坏。通过分析不同应变率下蓝宝石透明陶瓷玻璃的破坏过程,分析得到该材料的失效是在加载的过程中,在蓝宝石透明陶瓷玻璃承载能力最低的区域出现裂纹源,然后裂纹成形并沿着加载方向扩展,然后裂纹之间相互交错,最终达到饱和状态破坏失效;在高应变率下,极短的时间内产生多处裂纹源,需要更大的能量去使裂纹成形、扩展,宏观上就表现为应变率效应。

Pr^(3+)掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷的光谱特性(英文)

用不同的激发波长532,514.5,476.5 nm,研究稀土Pr3+掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷中Pr3+在LaF3微晶环境和玻璃环境中的不同的荧光行为。对于微晶中的Pr3+离子,当用532 nm和514.5 nm激发玻璃陶瓷时,观察到从3P0能级到3H5能级的发射,和1D2能级到基态3H4能级,3P0能级到3H6能级的发射。我们认为微晶中Pr3+离子的3P0能级上的电子布局是依靠电声子耦合-多声子辅助来实现的。为了进行比较,用476.5 nm共振激发玻璃及微晶中Pr3+离子的3P0能级,观察到3P0能级到很多低能级如:3H5、3H6、3F2的跃迁。而当在532 nm和514.5 nm非选择激发时,只有3P0能级到3H5能级的发射存在。我们认为这是由于不同的激光波长选择激发了不同环境中的Pr3+离子,532 nm和514.5 nm激发线选择激发了电声子耦合环境强中Pr3+离子。不同Pr3+离子掺杂摩尔分数分别为0.005%,0.05%,0.5%的发射光谱的研究还表明,这些电声子耦合环境强中的Pr3+离子浓度很高,很容易发生浓度猝灭现象。最后,用拉曼光谱研究了这类玻璃陶瓷的结晶性为和振动特性。

对电信有重要影响的玻璃陶瓷

长冈大学的研究人员已经研制出一种透明的以亚碲酸盐（ＴｅＯ２）为主要原料的玻璃陶瓷，它会有许多用途，包括光学通信。这种新材料因其低声子能预期成为稀土（Ｅｒ３＋，Ｐｒ３＋）掺杂光放大器的优良基质玻璃。光放大器的开发在世界上竞争激烈，而像亚碲酸盐玻璃纤维这...

玻璃基质与纳米颗粒相互影响的光谱学研究

通过低温选择激发玻璃陶瓷中的LaF3∶Tm3+的1D2能级,成功地分开了两种局域环境中Tm3+离子的发射谱,使一些频率的发射谱仅来自于晶相,而另一些则仅来自于玻璃相。讨论了玻璃陶瓷中形成玻璃的氧化物和以晶相析出的氟化物之间的相互作用对两种局域环境中Tm3+离子的光学性能的影响。结果表明:晶粒较大时,氧化物玻璃对处于纳米晶体局域环境的稀土离子的影响减弱,纳米晶体对处于氧化物玻璃局域环境的稀土离子的影响增强;晶粒较小时,氧化物玻璃和晶粒接触面的增加会降低处于纳米晶体局域环境的稀土离子的发光效率,但纳米晶体对处于氧化物玻璃局域环境的稀土离子的影响减弱。晶粒越大,氧化物玻璃对处于纳米晶体局域环境的稀土离子的发光影响越小,发光性能越好。玻璃基质中SiO2的含量能影响两种局域环境的Tm3+离子发光效率。

局域环境对Tm^(3+)掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷荧光光谱温度特性的影响

通过变温条件下选择激发掺杂发光离子,在同一样品中实现了不同局域环境下离子荧光的光谱分离.利用频域及时域的光谱学测量,研究了镶嵌有纳米晶体的透明玻璃陶瓷体系中掺杂离子的荧光性质和弛豫过程随样品温度和离子局域环境的变化规律,探讨了局域结构变化对荧光温度特性的影响.根据样品结构和基质声子分布特点,分析讨论了荧光衰减过程二阶指数行为.结果显示,位于晶相环境中离子的荧光寿命显示较强的温度依赖特性,而玻璃环境中发光离子的荧光寿命受温度影响较小.