專(zhuān)利名稱(chēng)：含銅納米粒子的多孔玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃的制備領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種含銅納米粒子的多孔玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
摻金屬粒子得到的復(fù)合材料是一種在光學(xué)、電子、抗菌以及催化等領(lǐng)域有著重要 作用的功能材料。早在公元4世紀(jì)，羅馬玻璃工人就懂得了在玻璃摻雜金、銀等金屬顆粒， 制備出具有豐富、美麗色彩的玻璃制品。如今，隨著非線性光學(xué)的發(fā)展，尤其自1983年美國(guó) 科學(xué)家Jian和Lind研究了玻璃摻雜納米顆粒后的三階非線性性能之后，人們對(duì)玻璃中摻 金屬粒子的研究開(kāi)始偏重于其光學(xué)性能方面。當(dāng)金屬納米粒子被摻入玻璃時(shí)，玻璃基質(zhì)將 粒子彼此隔離開(kāi)，形成量子點(diǎn)，使得電子的局域性和相干性增強(qiáng)，引起量子限域效應(yīng)。同時(shí)， 當(dāng)金屬納米粒子的尺寸遠(yuǎn)小于光場(chǎng)波長(zhǎng)時(shí)，作用于粒子上的電場(chǎng)也明顯不同于周?chē)慕橘|(zhì) 宏觀場(chǎng)，其極化過(guò)程將改變局域的介電常數(shù)，從而產(chǎn)生介電限域效應(yīng)。這些效應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致玻 璃的非線性光學(xué)性能的顯著提高，使具有非線性光學(xué)性能的復(fù)合材料在光存儲(chǔ)、傳輸和開(kāi) 關(guān)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，例如與電子開(kāi)關(guān)器件相比，全光光子開(kāi)關(guān)器件具有開(kāi)關(guān)時(shí) 間短、節(jié)能以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)光電設(shè)備的重要組成部件。目前，在玻璃基質(zhì)中制備均勻分布的金屬納米粒子已成為國(guó)際物理、化學(xué)界的一 個(gè)重要努力方向。常用的制備方法有熔融法、離子注入法以及溶膠凝膠法等，這些工藝相 對(duì)比較成熟。但是，這些方法也都存在著一些不足之處，例如熔融法需要將金屬鹽與玻璃 料混合后在高溫下進(jìn)行熔融，由于玻璃體系的粘度較大，金屬顆粒要在玻璃基質(zhì)中實(shí)現(xiàn)均 勻分散不是件容易的事情；離子注入法是將金屬以離子形式注入到玻璃基質(zhì)中，再通過(guò)熱 處理得到金屬納米粒子，這種方法需要使用昂貴的離子注入設(shè)備，并且注入深度有限，金屬 納米粒子只能分布在玻璃基質(zhì)表面；還有一種方法是利用溶膠凝膠法在制備玻璃的同時(shí)將 含有金屬鹽的溶液與玻璃溶膠混合，通過(guò)后處理能夠得到含有金屬納米粒子的玻璃，金屬 納米粒子的分散也相對(duì)比較均勻，但是這種方法制備玻璃，工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，且玻 璃制品的強(qiáng)度較低，達(dá)不到實(shí)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有的含有金屬納米粒子的玻璃的制備方 法，金屬納米粒子在玻璃中的分散不均勻，或者工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提供一種 含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其制備出的玻璃中的銅納米粒子分布均勻，并且工 藝簡(jiǎn)單、制備方便。本發(fā)明要解決的又一技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有含有金屬納米粒子的玻璃，玻璃中 的金屬納米粒子分散不均勻的缺點(diǎn)，提供一種含銅納米粒子的多孔玻璃，其采用上述制備 方法制作，玻璃中的銅納米粒子分布均勻。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的一技術(shù)方案是提供一種含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，包括下述步驟步驟一將含銅離子的化合物溶解于溶劑中，配制成濃度范圍在lmol/L 1 X 10_6mol/L的含銅離子的溶液；步驟二 將多孔玻璃放置于步驟一所配制的含銅離子的溶液中，充分浸泡后，得到 玻璃半成品；步驟三將步驟二所得到的玻璃半成品升溫到170°C 700°C，保溫Ih 5h，再冷 卻到室溫制備出所述含銅納米粒子的多孔玻璃。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，所述含銅離子的化合物 為硝酸銅或硫酸銅；所述溶劑為水或乙醇。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，所述步驟二為將多孔 玻璃放置于步驟一所配制的含銅離子的溶液中，浸泡0. 5h以上，然后取出多孔玻璃，用蒸 餾水清洗多孔玻璃，并放到80°C 120°C的烘箱中干燥2h 3h，得到所述玻璃半成品。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，所述步驟三為將步驟 二所制得的玻璃半成品放入管式爐，在還原氣氛的環(huán)境下，以2°C ;TC /min的速率升溫到 170°C 700°C，保溫Ih 5h，再冷卻到室溫制備出所述含銅納米粒子的多孔玻璃。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，所述還原氣氛為CO、H2、 或N2和H2的混合氣體存在的氣氛。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，為了使多孔玻璃所含的 銅納米粒子的含量增加，所述步驟一 三可重復(fù)進(jìn)行。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，所述多孔玻璃內(nèi)分布有 微孔，微孔的孔徑大小為4 100納米，微孔的體積占玻璃總體積的25 40%。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法中，所述多孔玻璃的原料的 主要成分，按重量份計(jì)算，包含Si0294 98份；B2O3I 3份；Al2O3I 3份；Na2O 0 1 份JrO2O 1份。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的另一技術(shù)方案是提供一種含銅納米粒子的多 孔玻璃，采用如上所述的方法制備，包括多孔玻璃及其內(nèi)分布的微孔，微孔的孔徑大小為 4 100納米，微孔的體積占玻璃總體積的25 40%，微孔內(nèi)均勻分布有銅納米粒子。在本發(fā)明所述的含銅納米粒子的多孔玻璃中，所述多孔玻璃的主要成分，按重量 份計(jì)算,包含:Si0294 98份；B2O3I 3份；Al2O3I 3份；Na2O 0 1份；ZrO2O 1份。實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果本發(fā)明的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法， 采用分布有納米級(jí)微孔的多孔玻璃，在微孔中制備出銅納米粒子，能夠有效的限制粒子的 尺寸，并使銅納米粒子在玻璃中具有良好的分散性，其工藝簡(jiǎn)單、制備周期短、能夠有效節(jié) 約生產(chǎn)成本；所制得的含銅納米粒子的多孔玻璃，玻璃中的銅納米粒子分布均勻，能夠使玻 璃的非線性光學(xué)性能顯著提高。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例1 7中所采用的多孔玻璃，為已成型的多孔玻璃，可以實(shí)驗(yàn)室制作， 也可以直接使用市售的康寧公司Vycor系列多孔玻璃，其原料的主要成分，按重量份計(jì)算， 包含:Si0294 98份；B2O3I 3份；Al2O3I 3份；還可以含有其它成分，如=Na2O 0 1份；&020 1份；所制得的多孔玻璃內(nèi)分布有微孔，微孔的孔徑大小為4 100納米，微孔 的體積占玻璃總體積的25 40%。實(shí)施例1 在室溫環(huán)境下，將硝酸銅溶解于水中，配制濃度為lmol/L的硝酸銅水溶 液IOmL ；將多孔玻璃放到硝酸銅水溶液中浸泡0. 5h，取出多孔玻璃，用蒸餾水沖洗3次，并 放到80°C的烘箱干燥2h ；然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入CO氣體，開(kāi)始以 2°C /min的速率升溫到200°C，并保溫3h，之后冷卻至室溫，制備出含銅納米粒子的多孔玻 璃。實(shí)施例2 在室溫環(huán)境下，將硫酸銅溶解于水中，配制濃度為1 X IO-1HioVL的硫酸 銅水溶液IOmL ；將多孔玻璃放到硫酸銅水溶液中浸泡lh，取出多孔玻璃，用蒸餾水沖洗3 次，并放到90°C的烘箱干燥2h ；然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入CO氣體，開(kāi) 始以3°C /min的速率升溫到650°C，并保溫2h，之后冷卻至室溫，制備出含銅納米粒子的多 孔玻璃。實(shí)施例3 在室溫環(huán)境下，將硝酸銅溶解于水中，配制濃度為1 X 10_2mOl/L的硝酸 銅水溶液IOmL ；將多孔玻璃放到硝酸銅水溶液中浸泡lh，取出多孔玻璃，用蒸餾水沖洗3 次，并放到100°C的烘箱干燥2h ；然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入隊(duì)和吐體 積比為95 5的混合氣體，開(kāi)始以3°C/min的速率升溫到450°C，并保溫2h，之后冷卻至室 溫，制備出含銅納米粒子的多孔玻璃。實(shí)施例4 在室溫環(huán)境下，將硝酸銅溶解于水中，配制濃度為1 X 10_3mol/L的硝酸 銅水溶液IOmL ；將多孔玻璃放到硝酸銅水溶液中浸泡1. 5h，取出多孔玻璃，用蒸餾水沖洗3 次，并放到110°C的烘箱干燥3h;然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入H2氣體， 開(kāi)始以2V /min的速率升溫到170°C，并保溫5h，之后冷卻至室溫，制備出含銅納米粒子的 多孔玻璃。實(shí)施例5 在室溫環(huán)境下，將硫酸銅溶解于水中，配制濃度為1 X 10_4mol/L的硫酸 銅水溶液IOmL ；將多孔玻璃放到硫酸銅水溶液中浸泡2h，取出多孔玻璃，用蒸餾水沖洗3 次，并放到120°C的烘箱干燥3h ；然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入隊(duì)和吐體 積比為95 5的混合氣體，開(kāi)始以3°C/min的速率升溫到600°C，并保溫lh，之后冷卻至室 溫，制備出含銅納米粒子的多孔玻璃。實(shí)施例6 在室溫環(huán)境下，將硫酸銅溶解于水中，配制濃度為1 X 10_5mol/L的硫酸 銅水溶液IOmL ；將多孔玻璃放到硫酸銅水溶液中浸泡2h，取出多孔玻璃，用蒸餾水沖洗3 次，并放到85°C的烘箱干燥3h ；然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入N2和H2體 積比為95 5的混合氣體，開(kāi)始以3°C/min的速率升溫到700°C，并保溫lh，之后冷卻至室 溫，制備出含銅納米粒子的多孔玻璃；為了使多孔玻璃所含的銅納米粒子的含量增加，可將 上述操作步驟重復(fù)3次。實(shí)施例7 在室溫環(huán)境下，將硝酸銅溶解于乙醇中，配制濃度為1 X 10_6mol/L的硝 酸銅乙醇溶液IOmL ；將多孔玻璃放到硝酸銅乙醇溶液中浸泡2h，取出多孔玻璃，用蒸餾水 沖洗3次，并放到105°C的烘箱干燥3h ；然后將多孔玻璃放到管式爐中，在管式爐中通入N2 和H2體積比為95 5的混合氣體，開(kāi)始以3°C /min的速率升溫到300°C，并保溫lh，之后 冷卻至室溫制備出含銅納米粒子的多孔玻璃；為了使多孔玻璃所含的銅納米粒子的含量增 加，可將上述操作步驟重復(fù)5次。
上述實(shí)施例1 7所制備出的含銅納米粒子的多孔玻璃在多孔玻璃的微孔內(nèi)均勻 分布有銅納米粒子。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，包括下述步驟步驟一將含銅離子的化合物溶解于溶劑中，配制成濃度范圍在1mol/L～1×10 6mol/L的含銅離子的溶液；步驟二將多孔玻璃放置于步驟一所配制的含銅離子的溶液中，充分浸泡后，得到玻璃半成品；步驟三將步驟二所得到的玻璃半成品升溫到170℃～700℃，保溫1h～5h，再冷卻到室溫制備出所述含銅納米粒子的多孔玻璃。
2.如權(quán)利要求1所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，所述含銅 離子的化合物為硝酸銅或硫酸銅；所述溶劑為水或乙醇。
3.如權(quán)利要求1所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟 二為將多孔玻璃放置于步驟一所配制的含銅離子的溶液中，浸泡0. 5h以上，然后取出多 孔玻璃，用蒸餾水清洗多孔玻璃，并放到80°C 120°C的烘箱中干燥2h 3h，得到所述玻璃 半成品。
4.如權(quán)利要求1所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟 三為將步驟二所制得的玻璃半成品放入管式爐在還原氣氛的環(huán)境下，以2°C ;TC/min的 速率升溫到170°C 700°C，保溫Ih 5h，再冷卻到室溫制備出所述含銅納米粒子的多孔玻 璃。
5.如權(quán)利要求4所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，所述還原 氣氛為CO、H2、或N2和H2的混合氣體存在的氣氛。
6.如權(quán)利要求1所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，為了使多 孔玻璃所含的銅納米粒子的含量增加，所述步驟一 三可重復(fù)進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)硅酸鹽發(fā)光玻璃的制備方法，其特征在于，所述多孔玻璃 內(nèi)分布有微孔，微孔的孔徑大小為4 100納米，微孔的體積占玻璃總體積的25 40%。
8.如權(quán)利要求1所述的含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，其特征在于，所述多孔 玻璃的原料的主要成分，按重量份計(jì)算，包含Si0294 98份；B2O3I 3份；Al2O3I 3份； Na2O 0 1 份；ZrO2O 1 份。
9.一種含銅納米粒子的多孔玻璃，采用如權(quán)利要求1所述的方法制備，其特征在于，包 括多孔玻璃及其內(nèi)分布的微孔，微孔的孔徑大小為4 100納米，微孔的體積占玻璃總體 積的25 40%，微孔內(nèi)均勻分布有銅納米粒子。
10.如權(quán)利要求9所述的含銅納米粒子的多孔玻璃，其特征在于，所述多孔玻璃的主 要成分，按重量份計(jì)算，包含:Si0294 98份；B2O3I 3份；Al2O3I 3份；Na2O 0 1份; ZrO2O 1 份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含銅納米粒子的多孔玻璃及其制備方法，所述含銅納米粒子的多孔玻璃的制備方法，包括下述步驟將含銅離子的化合物溶解于溶劑中，配制成濃度范圍在1mol/L～1×10-6mol/L的含銅離子的溶液；將多孔玻璃放置于所配制的含銅離子的溶液中，充分浸泡后，得到玻璃半成品；將所得到的玻璃半成品升溫到170℃～700℃，保溫1h～5h，再冷卻到室溫制備出所述含銅納米粒子的多孔玻璃。本發(fā)明還涉及了采用上述方法所制備的含銅納米粒子的多孔玻璃。本發(fā)明的制備方法采用分布有納米級(jí)微孔的多孔玻璃，在微孔中制備出銅納米粒子，工藝簡(jiǎn)單、制備周期短；所制得的含銅納米粒子的多孔玻璃，銅納米粒子的分布均勻。
文檔編號(hào)C03C11/00GK101993200SQ200910109549
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者周明杰, 陸樹(shù)新, 馬文波 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司