CN101088946B - 一种掺铒含氟化钇钠纳米晶的透明玻璃陶瓷及其制备和用途 - Google Patents
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Abstract
一种掺铒含氟化钇钠纳米晶的透明玻璃陶瓷及其制备和用途，涉及发光材料领域。该玻璃陶瓷组分为(摩尔比)：40SiO2-25Al2O3-xNa2CO3-10YF3-yNaF-zErF3(x＝15-20；y＝25-x-z；z＝0.05-2.0)。采用熔体急冷法制备。该玻璃陶瓷通过改变Er3+掺杂量，在红外光激发下，可调控红、绿光的发射强度比，在低浓度掺杂和高浓度掺杂中分别单色的绿光发射和近单色的红光发射。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料领域，尤其是涉及一种掺Er3+含NaYF4纳米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷及其制备方法。
背景技术
近年来，一些学者制备了Er3+离子掺杂的NaYF4纳米晶粉体，发现这些粉体具有良好的上转换发光特性，表明NaYF4是一种高效的上转换基质材料(参考N.Menyuk，Appl.Phys.Lett.21(1972)159)，在光显示等领域具有重要的应用前景。粉体材料的适用范围具有一定的局限性，为了拓展NaYF4的应用领域，研究开发NaYF4块材具有重要意义。但据文献报道[Ralph H.Page，J.Opt.Soc.Am.B15(1998)996]，由于晶体生长时容易发生相变，拉制NaYF4单晶材料困难很大。玻璃陶瓷是玻璃相和微晶组成的块体材料，可通过玻璃相在热处理时发生部分晶化而制得。当晶化相均匀分布于玻璃基体中，且晶粒尺度远低于入射光波长而达纳米量级时，便可获得透明玻璃陶瓷。
发明内容
本发明目的在于制备出具有稳定结构、可用于实现高效可见光上转换发射的玻璃陶瓷。
本发明的透明玻璃陶瓷组分为(摩尔比)：40SiO2-25Al2O3-xNa2CO3-10YF3-yNaF-zErF3(x＝15-20；y＝25-x-z；z＝0.05-2.0)。
本发明采用熔体急冷法制备。采用SiO2、Al2O3、Na2CO3、YF3、NaF和ErF3粉体作为原料，混合均匀后加热到1300-1500℃并保温1-5小时，而后，将融熔液制得玻璃体。该玻璃体经退火消除内应力后，继续加热至600-700℃并保温1-10小时，使之发生部分晶化，便得到粉红色的透明玻璃陶瓷。
粉末X射线衍射和透射电镜观察表明，晶化相是NaYF4纳米晶，且Er3+离子进入纳米晶中形成固溶体。
FLS920荧光光谱仪测量表明，采用以上设计组分与制备工艺获得的玻璃陶瓷，在红外光(980nm)激发下，可以发射绿光(525，540nm)和红光(660nm)。而且，通过改变Er3+掺杂量可调控红、绿光的发射强度比，在低浓度掺杂和高浓度掺杂样品中分别实现了单色的绿光发射和近单色的红光发射。
本发明采用熔体急冷法及后续热处理技术，首次制备出了掺Er3+含NaYF4纳米晶的透明玻璃陶瓷；该新材料不仅具有较高的可见光上转换发光效率，而且通过改变Er3+掺杂浓度，还可以实现上转换红、绿光输出强度比(从单色绿光直至近似单色红光)的调控，作为固体激光材料具有潜在应用价值。本发明工艺简单，可以低成本地获得可见光上转换发光块体材料。
具体实施方式
实例1：将分析纯的SiO2、Al2O3、Na2CO3、YF3、NaF和纯度为99.99％的ErF3粉体，按0.05ErF3：40SiO2：25Al2O3：18Na2CO3：10YF3：7NaF(摩尔比)的配比精确称量并混合；在玛瑙研钵中研磨半小时使其成为均匀的粉体，而后置于铂金坩埚中，在程控高温箱式电阻炉中加热到1450℃后保温1小时，然后，将融熔液快速倒入300℃预热的铜模中成形；获得的玻璃再放入电阻炉中，于450℃退火2小时后随炉冷却以消除内应力；退火后的玻璃相继续加热至620℃并保温2小时后，即得到粉红色的、掺杂0.05％Er3+离子的透明玻璃陶瓷。PANalytical X＇Pert Pro粉末X射线衍射仪测量和JEM-2010型透射电子显微镜观察的结果表明，该玻璃陶瓷中有大量尺寸为20-25nm的立方相Er:NaYF4晶粒均匀分布于玻璃基体中。样品经过表面抛光处理，用FLS920荧光光谱仪只测量到绿色上转换发光信号。
实例2：将分析纯的SiO2、Al2O3、Na2CO3、YF3、NaF和纯度为99.99％的ErF3粉体，按0.2ErF3：40SiO2：25Al2O3：18Na2CO3：10YF3：7NaF(摩尔比)的配比精确称量并混合；经过与实例1相同的制备和热处理过程后，得到掺杂0.2％Er3+离子、具有纳米复合结构的透明玻璃陶瓷。样品经过抛光处理，用FLS920荧光光谱仪测量到红、绿色上转换发光信号，红光与绿光的强度比约为1：6。
实例3：将分析纯的SiO2、Al2O3、Na2CO3、YF3、NaF和纯度为99.99％的ErF3粉体，按0.5ErF3：40SiO2：25Al2O3：18Na2CO3：10YF3：7NaF(摩尔比)的配比精确称量并混合；经过与实例1相同的制备和热处理过程后，得到掺杂0.5％Er3+离子、具有纳米复合结构的透明玻璃陶瓷。样品经过抛光处理，用FLS920荧光光谱仪测量到红、绿色上转换发光信号，红光与绿光的强度比约为1：1。
实例4：将分析纯的SiO2、Al2O3、Na2CO3、YF3、NaF和纯度为99.99％的ErF3粉体，按2.0ErF3：40SiO2：25Al2O3：18Na2CO3：10YF3：7NaF(摩尔比)的配比精确称量并混合；经过与实例1相同的制备和热处理过程后，得到掺杂2.0％Er3+离子、具有纳米复合结构的透明玻璃陶瓷。样品经过抛光处理，用FLS920荧光光谱仪测量到红、绿色上转换发光信号，红光与绿光的强度比约为17：1。
Claims (4)
1.一种掺铒含氟化钇钠纳米晶的透明玻璃陶瓷，其特征在于：该玻璃陶瓷摩尔比组分为：40SiO2-25Al2O3-xNa2CO3-10YF3-yNaF-zErF3，其中x＝15-20；y＝25-x-z；z＝0.05-2.0。
2.一种权利要求1的玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：采用熔体急冷法制备。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：采用SiO2、Al2O3、Na2CO3、YF3、NaF和ErF3粉体作为原料，混合均匀后加热到1300-1500℃并保温1-5小时，而后，将熔融液制得玻璃体；该玻璃体经退火消除内应力后，继续加热至600-700℃并保温1-10小时。
4.一种权利要求1的玻璃陶瓷的用途，其特征在于：该玻璃陶瓷通过改变Er3+掺杂量，在红外光激发下，可调控红、绿光的发射强度比，在低浓度掺杂和高浓度掺杂中分别实现单色的绿光发射和近单色的红光发射。
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