專利名稱：一種稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氟氧鎢硅酸鹽玻璃的制備方法，尤其是制備稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。
背景技術(shù)：
氧化鎢是一種重要的的VI B-VI A族間接帶隙化合物半導(dǎo)體材料。通常存在五種晶型單斜(e相)，三斜(d相)，單斜(g 相)，正交(b相)，四方(a相)，四方相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，它具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性，在光學(xué)器件、光調(diào)制器件、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換、溫度濕度傳感器等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。相比硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃，氧化鎢玻璃具有更好的理化性能。摻雜胃03后，由于W6+離子具有較大的電負(fù)性，能夠獲取游離氧并以[WO4]四面體結(jié)構(gòu)單元的形式進(jìn)入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，可將斷裂的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，鎢氧絡(luò)陰離子的聚集，有利于增強(qiáng)玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密性，增大玻璃的粘度，從而提高了玻璃的抗析晶熱穩(wěn)定性。另一方面，氧化鎢玻璃具有良好的玻璃形成能力以及較高的稀土離子溶解度，是良好的稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)材料。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃在藍(lán)綠可見(jiàn)波段的激光器、近紅外探測(cè)器、照明等等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。制備上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃的方法有高溫熔融法、溶膠-凝膠法等。高溫熔融退火法由于設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)參數(shù)簡(jiǎn)單和反應(yīng)過(guò)程易控制而得到廣泛應(yīng)用，但通常情況下采用其它方法制備上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃，需要復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程才能制得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作方法簡(jiǎn)單，成本低，發(fā)光強(qiáng)度高的稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃的制備方法。本發(fā)明的稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃的制備方法，采用的是高溫熔融退火法，包括以下步驟
1)將二氧化硅、二氧化鍺、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比0 50: 50^0: 15: 10: 20: 5: 5: O. 5 3. O放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中，其中二氧化硅和二氧化鍺不同時(shí)為O ;
2)將步驟I)的坩堝放入高溫爐中，以7 10°C/min升溫速率升溫至1550°C，保溫2 h熔融；
3)將步驟2)的熔融液倒在30(T5000C的銅板或石墨板上冷卻至室溫，然后在620 650°C退火2 4 h。本發(fā)明所用的稀土氧化物為氧化鐿和氧化鉺的混合物。本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，原料成本低廉，整個(gè)制備過(guò)程在空氣氣氛中進(jìn)行，無(wú)需特殊裝置，所需設(shè)備簡(jiǎn)單。本發(fā)明首次在氟氧硅酸鹽玻璃基體中弓I入氧化鎢，有利于進(jìn)一步解決氟氧硅酸鹽玻璃中引入氟化物后化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度差的問(wèn)題，使得玻璃產(chǎn)品兼具低聲子能量和析晶穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，低聲子能量可以降低頻率上轉(zhuǎn)換發(fā)光時(shí)無(wú)輻射躍遷引起的能量損失，良好的析晶穩(wěn)定性有利于提高玻璃的理化性能和機(jī)械性能，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的肉眼可見(jiàn)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。


圖I是不同稀土離子摻雜濃度的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃發(fā)射光譜。圖2是含不同氧化鍺比例的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃發(fā)射光譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
1)將二氧化硅、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比50:15:10: 20: 5: 5: O. 5放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中；
2)將上述含配合料的坩堝放入高溫爐中，以7°C/min升溫速率升溫至1550 °C，保溫2h熔融；
3)將步驟2)的熔融液倒在3000C的銅板上冷卻至室溫，然后在620 0C退火2 h，得到稀土離子摻雜的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。圖I曲線a是本實(shí)施例制備的氟氧鎢硅酸鹽玻璃在980 nm激發(fā)波長(zhǎng)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜，由圖可見(jiàn)，獲得了分別對(duì)應(yīng)于Er3+離子4S3/2 — 4I1572和4F9/2 — 4I1572能級(jí)躍遷強(qiáng)烈的綠光( 546 nm)和紅光( 665 nm)上轉(zhuǎn)換發(fā)射。在980 nm紅外光泵浦下，該樣品具有肉眼可見(jiàn)強(qiáng)烈的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。實(shí)施例2
1)將二氧化硅、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比50:15:10: 20: 5: 5: I. O放入研缽,混合均勻后倒入 甘堝中；
2)將上述含配合料的坩堝放入高溫爐中，以8°C/min升溫速率升溫至1550 °C，保溫2h熔融；
3)將步驟2)的熔融液倒在3000C的銅板上冷卻至室溫，然后在640 0C退火3 h，得到稀土離子摻雜的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。產(chǎn)品的上轉(zhuǎn)換發(fā)射圖譜如圖I曲線b所示，由圖可見(jiàn)，制備的氟氧鎢硅酸鹽玻璃在980 nm激發(fā)波長(zhǎng)下獲得了強(qiáng)烈的綠光Γ546 nm)和紅光Γ665 nm)上轉(zhuǎn)換發(fā)射。實(shí)施例3
1)將二氧化硅、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比50:15:10: 20: 5: 5: I. 5放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中；
2)將上述含配合料的坩堝放入高溫爐中，以10°C/min升溫速率升溫至1550 °C，保溫2h熔融；
3)將步驟2)的熔融液倒在3000C的銅板上冷卻至室溫，然后在650 0C退火4 h，得到稀土離子摻雜的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。產(chǎn)品的上轉(zhuǎn)換發(fā)射圖譜如圖I曲線c所示，由圖可見(jiàn)，制備的氟氧鎢硅酸鹽玻璃在980 nm激發(fā)波長(zhǎng)下獲得了強(qiáng)烈的綠光Γ546 nm)和紅光Γ665 nm)上轉(zhuǎn)換發(fā)射，且在發(fā)光強(qiáng)度比實(shí)施例I和2更強(qiáng)。實(shí)施例4
1)將二氧化硅、二氧化鍺、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比25: 25: 15: 10: 20: 5: 5: I. 5放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中；
2)將含配合料的坩堝放入高溫爐中，以8°C/min升溫速率升溫至1550 °C，保溫2 h熔
融；
3)將步驟2)的熔融液倒在5000C的石墨板上冷卻至室溫，然后在640 0C退火2 h，得到稀土離子摻雜的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。圖2曲線a是本實(shí)施例制備的氟氧鎢硅酸鹽玻璃在980 nm激發(fā)波長(zhǎng)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜，由圖可見(jiàn)，獲得了分別對(duì)應(yīng)于Er3+離子4S3/2 — 4I1572和4F9/2 — 4I1572能級(jí)躍遷強(qiáng)烈的綠光( 546 nm)和紅光( 665 nm)上轉(zhuǎn)換發(fā)射。實(shí)施例5
1)將二氧化鍺、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比50:15:10: 20: 5: 5: I. 5放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中；
2)將含配合料的坩堝放入高溫爐中，以10°C/min升溫速率升溫至1550 °C，保溫2 h熔融； 3)將步驟2)的熔融液倒在3000C的銅板上冷卻至室溫，然后在620 0C退火2 h，得到稀土離子摻雜的氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。圖2曲線b是本實(shí)施例制備的氟氧鎢硅酸鹽玻璃在980 nm激發(fā)波長(zhǎng)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜，由圖可見(jiàn)，獲得了分別對(duì)應(yīng)于Er3+離子4S3/2 — 4I1572和4F9/2 — 4I1572能級(jí)躍遷強(qiáng)烈的綠光( 546 nm)和紅光( 665 nm)上轉(zhuǎn)換發(fā)射。
權(quán)利要求
1.一種稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃的制備方法，包括以下步驟 1)將二氧化硅、二氧化鍺、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦、氧化鐿和氧化鉺按摩爾比0 50: 50^0: 15: 10: 20: 5: 5: O. 5 3. O放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中，其中二氧化硅和二氧化鍺不同時(shí)為O ; 2)將步驟I)的坩堝放入高溫爐中，以7 10°C/min升溫速率升溫至1550°C，保溫2 h熔融； 3)將步驟2)的熔融液倒在30(T5000C的銅板或石墨板上冷卻至室溫，然后在62CT650°C退火2 4 h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃的制備方法，其步驟為首先在研缽中將二氧化硅、二氧化鍺、氧化鋁、氧化鎢、氟化鈣、二氧化鈦和稀土氧化物混合均勻，然后采用高溫熔融退火法，制備出Er3+-Yb3+稀土離子共摻的氟氧鎢酸鹽上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，原料成本低廉，整個(gè)制備過(guò)程在空氣氣氛中進(jìn)行，無(wú)需特殊裝置，所需設(shè)備簡(jiǎn)單。本發(fā)明首次在氟氧硅酸鹽玻璃基體中引入氧化鎢，有利于進(jìn)一步解決氟氧硅酸鹽玻璃中引入氟化物后化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度差的問(wèn)題，使得玻璃產(chǎn)品兼具氟化物低聲子能量和氧化物析晶穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，從而獲得肉眼可見(jiàn)的強(qiáng)烈的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。
文檔編號(hào)C03C3/062GK102633436SQ20121010749
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者何云龍, 揭光濤, 趙高凌, 韓高榮, 黃晟辰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)