CN101024553A - 含碱土氟化物纳米晶透明玻璃陶瓷及其溶胶－凝胶制备方法 - Google Patents

含碱土氟化物纳米晶透明玻璃陶瓷及其溶胶－凝胶制备方法 Download PDF

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Abstract

含碱土氟化物纳米晶透明玻璃陶瓷及其溶胶－凝胶制备方法，本发明涉及发光材料领域。其化学组分为：xSiO2－yMF2－zErF3，x＝50－95mol％，y＝(100－x－z)mol％，z＝0－10mol％，M为碱土金属Ba或Sr。采用溶胶－凝胶法制备。在红外光(波长976nm)和近紫外光(波长378nm)激发下，该玻璃陶瓷可以发射波长为525nm和540nm的绿光，以及波长为660nm的红光。

Description

含碱土氟化物纳米晶透明玻璃陶瓷及其溶胶-凝胶制备方法
技术领域
本发明涉及发光材料领域，尤其是涉及稀土掺杂的含碱土氟化物纳米晶透明玻璃陶瓷及其溶胶-凝胶制备方法。
背景技术
透明玻璃陶瓷是通过控制玻璃相的晶化而得到的一种玻璃相与晶相共存的复合材料。氟氧化物透明玻璃陶瓷综合了氧化物玻璃优越的化学稳定性和氟化物晶体低声子能量的优点，是一种具有潜在应用价值的发光基质材料。制备透明玻璃陶瓷材料的传统方法是熔融淬冷法，其制备条件要求高温，给研究和生产都带来不便；另外，用该法制备的材料组分分布不够均匀，且由于高温熔融时部分原料蒸发，导致最终材料组分偏离设计值(参考R.T.Génova等，J.AlloyComp.，380(2004)167)。用溶胶-凝胶方法制备玻璃和陶瓷材料，可以克服熔融淬冷法固有的一些缺陷，具有反应温度低、材料组分精确可控且分布均匀的优点。本发明采用溶胶-凝胶方法制备出了一类新的含碱土氟化物纳米晶的透明玻璃陶瓷，该材料在发光领域具有重要的应用前景。
发明内容
本发明提出了一种稀土掺杂的、含碱土氟化物纳米晶的透明玻璃陶瓷及其溶胶-凝胶法制备工艺，目的在于制备出结构稳定、可发射可见光、有望发展为新一代发光材料的透明玻璃陶瓷。
本发明制备的透明玻璃陶瓷的化学组分为：xSiO2-yMF2-zErF3(x＝50-95mol％，y＝(100-x-z)mol％，z＝0-10mol％；其中M分别为碱土金属Ba或Sr)。
本发明采用如下制备工艺：将醋酸钡(或醋酸锶)、醋酸铒、三氟乙酸和去离子水混合后加热溶解，得到透明溶液(以下简称A溶液)；将正硅酸乙酯、无水乙醇及水解催化剂醋酸混合均匀，得到澄清溶液(以下简称B溶液)。将A溶液滴加入B溶液中，并搅拌获得透明溶胶；将透明溶胶陈化，干燥保温得到干凝胶，而后再加热到300-800℃并保温，即得到透明的玻璃陶瓷块体材料。
用FLS920荧光光谱仪测量的结果表明，采用以上设计组分与制备工艺获得的玻璃陶瓷，在红外光(波长976nm)和近紫外光(波长378nm)激发下，可以发射波长为525nm和540nm的绿光，以及波长为660nm的红光。
本发明的玻璃陶瓷材料制备工艺简单、成本低廉；材料制品具有化学纯度高、均匀性好、组分可控的优点。在一定的激光激发条件下能够发出可见光，是一种有重要应用前景的发光材料。
具体实施方式
实例一：将0.009mol醋酸锶、0.001mol醋酸铒、0.4mol三氟乙酸和0.03mol去离子水在烧杯中混合后加热溶解，得到透明溶液(以下简称A溶液)；将0.09mol正硅酸乙酯、0.36mol无水乙醇以及少量的醋酸混合搅拌半个小时，得到澄清溶液(以下简称B溶液)。A溶液滴加入B溶液后，再往混合液中加入0.5mol的去离子水，并滴加醋酸把PH值调到4，盖上保鲜膜搅拌4个小时后，得到均匀透明的溶胶；将溶胶倒入称量瓶中，在室温陈化两周后，于烘箱中缓慢加热至155℃并保温一周后，得到透明干凝胶；将干凝胶在马弗炉中以2K/min速率升温至800℃，并保温30分钟，得到组分为90SiO2-9SrF2-1ErF3的透明玻璃陶瓷块材(直径5mm、厚度0.5mm的圆片)。透射电镜观察表明，该玻璃陶瓷的玻璃基体中均匀分布着大量尺度为10nm左右的SrF2纳米晶。在378nm激光激发下，用FLS920荧光光谱仪观测到样品的红、绿色发光信号。
实例2：将0.009mol醋酸钡、0.001mol醋酸铒、0.4mol三氟乙酸和0.03mol去离子水在烧杯中混合后加热溶解，得到透明溶液(以下简称A溶液)；将0.09mol正硅酸乙酯、0.36mol无水乙醇以及少量的醋酸混合搅拌半个小时，得到澄清溶液(以下简称B溶液)。A溶液滴加入B溶液后，再往混合液中加入0.5mol的去离子水，并滴加醋酸把PH值调到4，盖上保鲜膜搅拌4个小时后，得到均匀透明的溶胶。通过与实例1相同的干燥和热处理过程后，得到90SiO2-9BaF2-1ErF3的透明玻璃陶瓷块材(直径5mm、厚度0.5mm的圆片)。透射电镜观察表明，该玻璃陶瓷的玻璃基体中均匀分布着大量尺度为10nm左右的BaF2纳米晶。在378nm激光激发下，用FLS920荧光光谱仪测量到红、绿色发光信号。
实例3：将0.009mol醋酸钡、0.001mol醋酸铒、0.4mol三氟乙酸和0.03mol去离子水在烧杯中混合后加热溶解，得到透明溶液(以下简称A溶液)；将0.09mol正硅酸乙酯、0.36mol无水乙醇以及少量的醋酸混合搅拌半个小时，得到澄清溶液(以下简称B溶液)。A溶液滴加入B溶液后，再往混合液中加入0.5mol的去离子水，并滴加醋酸把PH值调到4，盖上保鲜膜搅拌4个小时后，得到均匀透明的溶胶。通过与实例1相同的干燥和热处理过程后，得到透明的玻璃陶瓷(直径5mm、厚度0.5mm的圆片)。用FLS920荧光光谱仪可观测到红、绿色上转换发光信号。

Claims (3)

1.含碱土氟化物纳米晶透明玻璃陶瓷，其特征在于：其化学组分为：xSiO2-yMF2-zErF3，x＝50-95mol％，y＝(100-x-z)mol％，z＝0-10mol％，M为碱土金属Ba或Sr。
2.一种权利要求1的玻璃陶瓷的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于：采用溶胶-凝胶法制备。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：将醋酸钡(或醋酸锶)、醋酸铒、三氟乙酸和去离子水混合后加热溶解，得到透明溶液A；将正硅酸乙酯、无水乙醇及水解催化剂醋酸混合均匀，得到澄清溶液B；将A溶液滴加入B溶液中，并搅拌获得透明溶胶；将透明溶胶陈化，干燥保温得到干凝胶，而后再加热到300-800℃并保温，即得到透明的玻璃陶瓷块体材料。
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