專利名稱：析出β-NaGdF4納米晶的稀土摻雜微晶玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土離子摻雜微晶玻璃,特別是涉及一種析出P-NaGdF4納米晶的稀土摻雜氧氟硼硅酸鹽微晶玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
微晶玻璃是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用廣泛的新材料。自微晶玻璃出現(xiàn)以來，在性能、制造工藝等諸多方面都有了較大的突破。隨著微晶玻璃研究水平的發(fā)展，人們對微晶玻璃的性能和質(zhì)量也提出了更高的要求。透明氧氟微晶玻璃以其優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和較高的發(fā)光效率，得到了許多微晶玻璃研究者的青睞，這種由氟化物微晶鑲嵌于氧化物玻璃基質(zhì)中構(gòu)成的氧氟微晶玻璃有兩個特殊的光學(xué)性質(zhì)使它與傳統(tǒng)的陶瓷材料不同一是微晶顆粒的小尺寸(一般約幾十納米)以及微晶與玻璃態(tài)間折射率的近匹配避免了散射引起的能量損失，使它有高度的透明性；二是稀土離子溶解度大，摻雜的稀土離子優(yōu)先富積于氟化物微晶中，因而可處于低聲子能量的環(huán)境中。因此，稀土摻雜的氧氟微晶玻璃兼?zhèn)淞朔锘|(zhì)聲子能量低、稀土發(fā)光效率高和氧化物基質(zhì)物化性能穩(wěn)定、可加工性強(qiáng)的特點(diǎn)，是一類優(yōu)良的稀土摻雜基質(zhì)材料，在太陽能電池、光放大和發(fā)光顯示等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前
旦
-5^ O稀土摻雜氧氟微晶玻璃的發(fā)光性能與氟化物納米晶直接相關(guān)。NaYFjPNaGdF4 等堿金屬稀土氟化物具有聲子能量低、多聲子無輻射弛豫低、發(fā)光效率高等特點(diǎn)。NaYF4和 NaGdF4均具有兩種晶體結(jié)構(gòu)六方晶體結(jié)構(gòu)和立方晶體結(jié)構(gòu)，其中六方晶體結(jié)構(gòu)的NaYF4是眾所周知的最佳上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料，而六方晶體結(jié)構(gòu)的Ce3+和Tb3+共摻NaGdF4是目前量子效率最高的發(fā)光材料。至今未見到有關(guān)析出六方相NaGdF4納米晶透明氧氟微晶玻璃的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種析出六方相β -NaGdF4納米晶的稀土離子摻雜微晶玻璃及其制備方法。該微晶玻璃不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，而且具有良好的發(fā)光性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種析出β-NaGdF4納米晶的稀土離子摻雜微晶玻璃按摩爾百分含量計(jì)，由以下組分組成SiO2 :65-70%,B2O3 :5-10%,Na2O :5-10%,NaF :5-10%,GdF3 :5-10%,YbF3 和 ReF3 :0· 5-5%，其中Re為Er3+、Tm3+、Ho3+中的任一種或任幾種。優(yōu)選地，本發(fā)明所述Re為Er3+和Tm3+。
優(yōu)選地，本發(fā)明所述Re為Tm3+和Ho3+。優(yōu)選地，本發(fā)明所述Re為Er3+。優(yōu)選地，本發(fā)明所述Re為Tm3+。優(yōu)選地，本發(fā)明所述Re為Ho3+。本發(fā)明的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法包括以下步驟(I)稱取各種原料并進(jìn)行充分混合，所述原料按摩爾百分含量計(jì)，分別為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為Er3+、Tm3+、Ho3+中的任一種或任幾種；(2)將步驟(I)得到的混合物在1450_1550°C下熔化并保溫O. 5-2小時得到玻璃熔體，(3)將玻璃熔體倒入模具中進(jìn)行退火處理，得到前驅(qū)玻璃；(4)對前驅(qū)玻璃進(jìn)行差熱曲線分析得到前驅(qū)玻璃的第一析晶溫度，并在所述第一析晶溫度或其附近進(jìn)行熱處理O. 5-12小時，后降至室溫，得到透明的析出β -NaGdF4納米晶的稀土離子摻雜微晶玻璃。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過調(diào)整氧氟玻璃組分和優(yōu)化熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)了 β -NaGdF4納米晶在玻璃中析出，由于稀土離子與Gd3+的離子半徑相近，且價態(tài)相同，部分取代Gd3+位置從而進(jìn)入到析出的P-NaGdF4納米晶格中。相比較于硅酸鹽玻璃(聲子能量llOOcnT1)，β-NaGdF4具有較低的聲子能量(360CHT1)，降低了稀土離子的多聲子無輻射弛豫速率，從而使得稀土離子在微晶玻璃中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度明顯提高。


圖I是實(shí)施例I樣品熱處理前后的X射線衍射(XRD)圖，曲線I表示熱處理前的 XRD曲線，曲線2表示在610°C熱處理2小時后的XRD曲線，析出晶相為β _NaGdF4。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例I :表I給出了實(shí)施例I的稀土離子摻雜微晶玻璃各組分的摩爾百分含量。表I
權(quán)利要求
1.一種析出P-NaGdF4納米晶的稀土離子摻雜微晶玻璃，其特征是按摩爾百分含量 計(jì)，由以下組分組成Si02 65 - 70%,B203 5 - 10%,Na20 5 - 10%,NaF 5 - 10%,GdF35 - 10%,YbF3 和 ReF3 0. 5 - 5%,其中Re為Er3+、Tm3\ Ho3+中的任一種或任幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法，其特征是所述Re為 Er3+ 和 Tm3+。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法，其特征是所述Re為 Tm3+ 和 Ho3.。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法，其特征是所述Re為Er3+0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法，其特征是所述Re為Tm3+。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法，其特征是所述Re為Ho3.。
7.—種權(quán)利要求1所述的稀土離子摻雜微晶玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)稱取各種原料并進(jìn)行充分混合，所述原料按摩爾百分含量計(jì)，分別為 Si02 65 - 70%,B203 5 - 10%Na2C03 或 Na20 5 - 10%,NaF 5 - 10%,GdF35 - 10%,YbF3 和 ReF3 0. 5 - 5%,其中Re為Er3+、Tm3\ Ho3+中的任一種或任幾種；(2)將步驟(1)得到的混合物在1450- 1550°C下熔化并保溫0. 5 - 2小時得到玻璃熔體，(3)將玻璃熔體倒入模具中進(jìn)行退火處理，得到前驅(qū)玻璃；(4)對前驅(qū)玻璃進(jìn)行差熱曲線分析得到前驅(qū)玻璃的第一析晶溫度，并在所述第一析晶 溫度或其附近進(jìn)行熱處理0. 5 - 12小時，后降至室溫，得到透明的析出P -NaGdF4納米晶的 稀土離子摻雜微晶玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種析出β-NaGdF4納米晶的稀土摻雜微晶玻璃及其制備方法，按摩爾百分含量計(jì)，由以下組分組成65-70%的SiO2，5-10%的B2O3，5-10%的Na2O，5-10%的NaF，5-10%的GdF3，0.5-5%的YbF3和ReF3，其中Re為Er3+、Tm3+、Ho3+中的任一種或任幾種。其制備方法是采用高溫熔融法制備出稀土摻雜氧氟玻璃，在一定溫度下熱處理得到微晶尺寸為幾到幾十納米量級的微晶玻璃，該微晶玻璃呈透明狀，物理化學(xué)性能優(yōu)良，可用于太陽能電池、光放大材料和發(fā)光顯示材料等。
文檔編號C03C10/16GK102603194SQ20111043633
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者夾國華, 徐時清, 趙士龍, 辛鳳霞, 鄧德剛, 陳文威, 陳水林 申請人:中國計(jì)量學(xué)院