微晶玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土離子摻雜的微晶玻璃，尤其是涉及一種用作上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的稀土離子摻雜的GdCljj晶玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]上轉(zhuǎn)換發(fā)光是一種利用多光子的吸收產(chǎn)生輻射躍迀的過(guò)程，輻射的光子能量通常比栗浦光子的能量高。利用稀土離子的上轉(zhuǎn)換特性，可獲得廉價(jià)的、可在室溫下工作的和連續(xù)輸出紫藍(lán)綠光光纖激光器。上轉(zhuǎn)換激光可應(yīng)用于彩色顯示器、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、信息技術(shù)、激光印刷以及醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。要提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率需降低基質(zhì)材料的聲子能量，這主要是因?yàn)檩^低的聲子能量可降低無(wú)輻射馳豫幾率的發(fā)生，提高稀土離子中間亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的熒光壽命，可有效的提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率。GdCl#a0體具有比氟化物更低的聲子能量，更適合作為稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)，稀土離子摻雜的GdCl#a0體具有比稀土離子摻雜的氟化物晶體更高的上轉(zhuǎn)換效率，但GdCl3晶體易吸濕、難以制備、需要特殊處理和儲(chǔ)存、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較差等缺點(diǎn)影響了其上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的實(shí)際應(yīng)用。
[0003]透明微晶玻璃是一種兼有晶體和玻璃優(yōu)點(diǎn)的新型光電子材料。目前氯化物透明微晶玻璃主要用作閃爍發(fā)光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，如公開(kāi)號(hào)為CN103382089，名稱為“含Cs3LaCl6納米晶的透明硫鹵玻璃陶瓷及其制備”的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了摻雜Nd 3+或Er 3+離子，以Cs3LaCl6S微晶相、玻璃相為硫化物的微晶玻璃，但硫化物的物化性能比氧化物要差，且在可見(jiàn)光短波長(zhǎng)處不透，影響了上轉(zhuǎn)換發(fā)光輸出；如公開(kāi)號(hào)為CN103951210，名稱為“稀土離子摻雜的GdCl3微晶玻璃及其制備方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)也公開(kāi)了一種微晶相為GdCl3、玻璃相為P205與Ge02S主的微晶玻璃，摻雜的稀土離子為Ce 3+、Eu3+、Tb3+、Pr3+和Nd3+中的一種，采用熔體急冷法和后續(xù)熱處理制備，具有較好的閃爍性能，用作閃爍發(fā)光材料。但是目前還沒(méi)有三價(jià)稀土離子Yb3+、Er3+、Tm3+和Ho 3+摻雜的GdCl 3微晶玻璃用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的公開(kāi)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種聲子能量低、無(wú)輻射躍迀幾率小、上轉(zhuǎn)換量子效率高、抗潮解、機(jī)械性能好、上轉(zhuǎn)換發(fā)光很強(qiáng)的稀土離子摻雜6況13微晶玻璃及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種稀土離子摻雜的6況13微晶玻璃，其摩爾百分比組成如下:Si0280?93.4mol %、GdCl36?16mol %、LnCl30.6?4.5mol%，其中 LnCl3為 YbCl 3、ErCl3、TmCl3和 HoCl 3中的至少一種。
[0006]該微晶玻璃摩爾百分比組成為:Si0280mol%、GdCl316mol %、ErCl30.lmol %、TmCl30.lmol %、YbCl33.8mol %。
[0007]該微晶玻璃摩爾百分比組成為:Si0280.5mol%、GdCl315mol%、TmCl30.5mol%、YbCl34mol %。
[0008]該微晶玻璃摩爾百分比組成為:Si0281.5mol%、GdCl314mol%、ErCl30.5mol%、YbCl34mol %。
[0009]所述的稀土離子摻雜的GdCljj晶玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0010](1)按摩爾百分比組成 Si0280 ?93.4mol %, GdCl36 ?16mol %, LnCl30.6 ?4.5mol%，其中LnCl3S YbCl 3、ErCl3、TmCl#P HoCl 3中的至少一種；稱取醋酸釓及醋酸鐿、醋酸鉺、醋酸銩和醋酸鈥中的至少一種，其中醋酸釓的份量按摩爾百分比組成中GdCl3的摩爾百分含量稱取，醋酸鐿、醋酸鉺、醋酸銩和醋酸鈥中的至少一種的份量分別按上述相同的摩爾百分比組成中LnCl3的摩爾百分含量稱取，并將上述醋酸鹽溶于去離子水中形成醋酸鹽溶液，在醋酸鹽溶液中加入三氯乙酸得到透明的混合溶液，其中三氯乙酸與醋酸鹽溶液中金屬離子總和的摩爾比為3:1;
[0011](2)按與步驟(1)相同的摩爾百分比組成中Si02的摩爾百分含量稱取正硅酸乙酯溶于乙醇中，得到正硅酸乙酯溶液，然后將步驟(1)制得的混合溶液與正硅酸乙酯溶液混合后攪拌1小時(shí)，再用稀硝酸調(diào)節(jié)其PH值至5，得到前驅(qū)液；
[0012](3)將步驟(2)得到的前驅(qū)液室溫陳化2周后置于烘箱，升溫至140°C干燥9天，得到透明的干凝膠；
[0013](4)將步驟(3)得到的干凝膠置于氮?dú)饩芡嘶馉t中，在550?580°C的溫度下熱處理10小時(shí)，然后再以10°c /小時(shí)的速率降溫至50°C，關(guān)閉精密退火爐電源，自動(dòng)降溫至室溫，得到透明的稀土離子摻雜的GdCl3微晶玻璃。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該微晶玻璃具有GdCl3晶體基質(zhì)材料的優(yōu)異上轉(zhuǎn)換性能和二氧化硅玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性和易于加工的特點(diǎn)；經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明:通過(guò)本發(fā)明的制備方法所制得的稀土離子摻雜GdCl3微晶玻璃透明、抗潮解、機(jī)械性能好、藍(lán)紫光透過(guò)率較高，具有聲子能量低、上轉(zhuǎn)換效率高等性能，可使上轉(zhuǎn)換激光器效率大大提高；通過(guò)改變稀土摻雜濃度，可以控制紅綠藍(lán)光發(fā)光強(qiáng)度比例；此外，該微晶玻璃的制備方法簡(jiǎn)單且具有良好的可重復(fù)性，生產(chǎn)成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例1得到的微晶玻璃的X射線衍射(XRD)圖；
[0016]圖2為實(shí)施例1得到的Er3+、Tm3\ Yb3+摻雜的GdCl 3微晶玻璃的970nm激光器激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜；
[0017]圖3為對(duì)比例1得到的Er3+、Tm3\ Yb3+摻雜的GdF 3微晶玻璃的970nm激光器激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]實(shí)施例1
[0020]Er3+、Tm3+、Yb3+摻雜GdCl 3微晶玻璃的摩爾百分比組成為:S1 280mol %、GdCl316mol%^ErCl30.lmol %、TmCl30.lmol % ^ YbCl33.8mol %，以上組成的制備微晶玻璃的工藝如下:
[0021](1)稱取醋酸釓、醋酸鐿、醋酸鉺和醋酸銩，且份量分別按上述摩爾百分比組成中的GdCl3、YbCl3、ErCl#P TmCl 3的摩爾百分含量稱取，將上述醋酸鹽溶于去離子水中形成醋酸鹽溶液，在醋酸鹽溶液中加入三氯乙酸得到透明的混合溶液，其中三氯乙酸與醋酸鹽溶液中金屬離子總和的摩爾比為3:1;
[0022](2)按與步驟(1)相同的摩爾百分比組成中Si02的摩爾百分含量稱取正硅酸乙酯溶于乙醇中，得到正硅酸乙酯溶液，然后將步驟(1)制得的混合溶液與正硅酸乙酯溶液混合后攪拌1小時(shí)，再用稀硝酸調(diào)節(jié)其PH值至5，得到前驅(qū)液；
[0023](3)將步驟⑵得到的前驅(qū)液室溫陳化2周后置于烘箱，升溫至140°C干燥9天，得到透明的干凝