專利名稱：具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種透明微晶玻璃材料及其制備方法，尤其是具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ga2O3是寬帶隙半導(dǎo)體，由于其具有特殊發(fā)光性能及可能在發(fā)光二極管(LEDs)，探測和顯示等領(lǐng)域的重要應(yīng)用近幾年來受到越來越多的關(guān)注。Ga2O3的發(fā)光與能帶和結(jié)構(gòu)缺陷(如氧空位)密切相關(guān)，因此可通過摻雜和調(diào)控制備條件調(diào)節(jié)Ga2O3的發(fā)光性能。如通過Be，Ge, Sn 的慘雜可獲得綠色的發(fā)光(G. Blass, et al. , J. Phys. Chem. Solids, 1970,31, 707.);通過N慘雜可獲得紅色的發(fā)光(S. C. Vanithakumari, et al. , Adv. Mater.,2009, 21，3581.)，通過還原氣氛制備環(huán)境可在Ga2O3中引入氧空位，使其表現(xiàn)出藍(lán)色波段的發(fā)光(T. Wang, et al. , Chem. Commun. , 2011, 47, 7161.);通過 In 的摻雜形成(GaxIn1J2O3固溶體，可獲得覆蓋藍(lán)色波段到紅色波段的可調(diào)控多色發(fā)光(S. S. Farvid,et al. , J. Am. Chem. Soc. , 2011, 133, 6711.)。隨著光子學(xué)和光電子學(xué)的不斷發(fā)展，人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)光特征和材料形態(tài)等提出了新的要求。如白光ニ極管器件簡化的發(fā)展要求希望目標(biāo)發(fā)光材料可在紫外或藍(lán)色光激發(fā)下發(fā)射白光；實(shí)體三維立體顯示的實(shí)現(xiàn)需要發(fā)光材料的形態(tài)為具有高光學(xué)透明性的體相材料。因此，設(shè)計(jì)和構(gòu)造容易加工、可獲得大尺寸及發(fā)光性能可調(diào)控的新型透明塊體發(fā)光材料具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料及其制備方法。本發(fā)明的具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料，其內(nèi)部含有尺寸為I 100納米的純Ga2O3量子點(diǎn)或者摻雜了 F，Be，Ge，N，Sn和In元素的改性Ga2O3量子點(diǎn)，在能量高于帶隙的紫外光或者能量小于帶隙的紅外光激發(fā)下，具有覆蓋藍(lán)色波段到紅色波段的可調(diào)控多色發(fā)光。制備具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的方法，有以下兩種
方法一
具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的制備方法，其步驟是
1)采用熔融法制備含有Ga和O元素的母體玻璃；
2)將上述母體玻璃在600 1000°C下保溫2h，使其內(nèi)部均勻析出Ga2O3量子點(diǎn)，得到具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料。方法ニ
具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的制備方法，其步驟是
1)采用熔融法制備含有Ga和O元素，以及摻雜F，Be，Ge，N，Sn或In元素的母體玻璃；
2)將上述母體玻璃在600 1000°C下保溫2h，使其內(nèi)部均勻析出摻雜有F，Be,Ge，N，Sn或In元素的Ga2O3量子點(diǎn)，得到具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料。上述兩種方法中，所說的母體玻璃可以是硅酸鹽，磷酸鹽，鍺酸鹽，硼酸鹽，鋁酸鹽或鹵氧化物玻璃。本發(fā)明調(diào)控Ga2O3量子點(diǎn)發(fā)光性能的機(jī)理，是在母體玻璃中添加F，Be, Ge, N, Sn或In等元素，通過母體玻璃熱處理析出Ga2O3量子點(diǎn)過程中，玻璃相中F，Be，Ge，N，Sn或In等特定元素發(fā)生原位的摻雜，調(diào)節(jié)Ga2O3量子點(diǎn)的帶隙和缺陷結(jié)構(gòu)，上述量子點(diǎn)由于能帶或缺陷結(jié)構(gòu)不同，在能量高于帶隙的紫外光(如250nm)或者能量小于帶隙的紅外光(如800nm)激發(fā)下，具有覆蓋藍(lán)色波段到紅色波段的可調(diào)控多色發(fā)光。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
I.本發(fā)明的具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料，其發(fā)光特點(diǎn)可適用于LED器件、低壓汞燈、高能射線探測儀和新型固體三維立體顯示用發(fā)光材料。2.本發(fā)明的Ga2O3量子點(diǎn)在玻璃相中形成時(shí)的原位摻雜，較其它量子點(diǎn)摻雜改性方法相比更為簡便。3.本發(fā)明的制備方法，較其它制備方法(如液相合成法)相比，可獲得大尺寸的材料形態(tài)，且可避免羥基或有機(jī)分子引起的發(fā)光淬滅效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明，具體實(shí)施例如下
實(shí)施例I:
1)采用熔融法制備含有Ga、O及其它玻璃組成元素的硅酸鹽玻璃；
2)將上述硅酸鹽玻璃在680°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為5nm的Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于Ga2O3量子點(diǎn)中存在氧空位在紫外光或者紅外光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于400nm的高強(qiáng)度藍(lán)色發(fā)光。實(shí)施例2:
1)采用熔融法制備含有Ga、O和F等元素的磷酸鹽玻璃；
2)將上述F摻雜的磷酸鹽玻璃在700°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為IOnm的F摻雜Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于F摻雜弓I起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于425nm的高強(qiáng)度藍(lán)色發(fā)光。實(shí)施例3: 1)采用熔融法制備含有Ga、O和In等元素的鹵氧化物玻璃；
2)將上述In摻雜的鹵氧化物玻璃在900°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為15nm的In摻雜Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于In摻雜引起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于450nm的高強(qiáng)度藍(lán)綠色發(fā)光。實(shí)施例4:
1)采用熔融法制備含有Ga、O和Ge等元素的鍺酸鹽玻璃；
2)將上述Ge摻雜的鍺酸鹽玻璃在750°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為20nm的Ge摻雜Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于Ge摻雜引起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于480nm的高強(qiáng)度藍(lán)綠色發(fā)光。實(shí)施例5: 1)采用熔融法制備含有Ga、O和Sn等元素的硼酸鹽玻璃；
2)將上述Sn摻雜的硼酸鹽玻璃在600°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為25nm的Sn摻雜Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于Sn摻雜引起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外激光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于540nm的高強(qiáng)度綠色發(fā)光。實(shí)施例6
1)采用熔融法制備含有Ga、O和Be等元素的鋁酸鹽物玻璃；
2)將上述Be摻雜的鋁酸鹽玻璃在840°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為30nm的Be摻雜Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于Be摻雜引起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外激光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于560nm的高強(qiáng)度綠色發(fā)光。實(shí)施例7
1)采用熔融法制備含有Ga、O和N等元素的鹵氧化物玻璃；
2)將上述N摻雜的鹵氧化物玻璃在800°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為60nm的N摻雜Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于N摻雜引起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外激光激發(fā)下表現(xiàn)出中心波長位于620nm的高強(qiáng)度紅色發(fā)光。實(shí)施例8
1)采用熔融法制備含有Ga、O、Sn和N等元素的鹵氧化物玻璃；
2)將上述Sn、N摻雜的鹵氧化物玻璃在900°C下保溫2h，使其內(nèi)部析出平均尺寸為80nm的Sn-N共摻的Ga2O3量子點(diǎn)。獲得的微晶玻璃由于Sn和N摻雜引起Ga2O3量子點(diǎn)能帶和缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在紫外光或者紅外激光激發(fā)下表現(xiàn)出高強(qiáng)度的白色發(fā)光。以上實(shí)施例及其實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明通過玻璃熱處理均勻析出Ga2O3量子點(diǎn)，所獲得透明微晶玻璃具有多色可見發(fā)光的特點(diǎn)。本發(fā)明通過Ga2O3量子點(diǎn)在玻璃相中形成時(shí)原位摻雜的制備方法，較其它量子點(diǎn)摻雜改性方法相比更為簡便。
權(quán)利要求
1.一種具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料，其特征是該透明微晶玻璃內(nèi)部含有尺寸為I 100納米的純Ga2O3量子點(diǎn)或者摻雜了 F，Be, Ge, N, Sn和In元素的改性Ga2O3量子點(diǎn)，在能量高于帶隙的紫外光或者能量小于帶隙的紅外光激發(fā)下，具有覆蓋藍(lán)色波段到紅色波段的可調(diào)控多色發(fā)光。
2.權(quán)利要求I所述的具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的制備方法，其步驟是 1)采用熔融法制備含有Ga和O元素的母體玻璃； 2)將上述母體玻璃在600 1000°C下保溫2h，使其內(nèi)部均勻析出Ga2O3量子點(diǎn)，得到具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的制備方法，其特征是所說的含有Ga和O元素的母體玻璃是硅酸鹽，磷酸鹽，鍺酸鹽，硼酸鹽，鋁酸鹽或鹵氧化物玻璃。
4.權(quán)利要求I所述的具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的制備方法，其步驟是 1)采用熔融法制備含有Ga和O元素，以及摻雜F，Be，Ge，N，Sn或In元素的母體玻璃； 2)將上述母體玻璃在600 1000°C下保溫2h，使其內(nèi)部均勻析出摻雜有F，Be,Ge，N，Sn或In元素的Ga2O3量子點(diǎn)，得到具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料的制備方法，其特征是所說的母體玻璃是硅酸鹽，磷酸鹽，鍺酸鹽，硼酸鹽，鋁酸鹽或齒氧化物玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有多色可見發(fā)光的透明微晶玻璃材料及其制備方法，該透明微晶玻璃內(nèi)部含有尺寸為1～100納米的純Ga2O3量子點(diǎn)或者摻雜了F，Be，Ge，N，Sn和In元素的改性Ga2O3量子點(diǎn)。通過熱處理含有Ga和O及其它元素的玻璃相，使其內(nèi)部均勻析出Ga2O3量子點(diǎn)。通過調(diào)控前驅(qū)體玻璃的組成，實(shí)現(xiàn)Ga2O3析出過程中特定元素的原位摻雜。該透明微晶玻璃在能量高于帶隙的紫外光或者能量小于帶隙的紅外激光激發(fā)下，實(shí)現(xiàn)可見波段多色的發(fā)光。該透明微晶玻璃可用于LED器件、低壓汞燈、高能射線探測儀和新型固體三維立體顯示用發(fā)光材料。
文檔編號C03C4/12GK102633437SQ20121012119
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者周時(shí)鳳, 李超宇, 許貝貝, 邱建榮 申請人:浙江大學(xué)