CN103073183A - 一种制备稀土离子掺杂锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备稀土离子掺杂锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃的方法，将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒称量混合均匀，倒入坩埚中，采用高温熔融退火法制备。本发明制备方法简单，原料成本低廉，整个制备过程在空气气氛中进行，无需特殊装置，所需设备简单。本发明首次在锗硅酸盐玻璃基体中引入氟化钙，研究Er³⁺-Yb³⁺共掺玻璃的上转换发光性能。在保证原有玻璃基体具有好的热稳定性的同时，通过氟化钙的引入，既可以降低玻璃的熔融温度，又可以进一步降低玻璃基体的声子能量，从而获得肉眼可见的强烈的上转换红绿光输出。

Description

一种制备稀土离子掺杂锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃的方法

技术领域

本发明涉及锗硅酸盐氟氧化物玻璃的制备方法，尤其是制备稀土离子掺杂锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃的方法。

背景技术

在传统的硅酸盐玻璃中，通过掺入适量的氧化锗，既可以保留硅酸盐玻璃所具有的优良的力学性能，机械性能和化学稳定性，同时又保留锗酸盐玻璃良好的玻璃形成能力，较低的声子能量以及宽的红外透过范围等优点，同时可以降低玻璃的粘度和熔融温度。另一方面，氟化物玻璃最近几年得到了广泛的关注。由于氟化物玻璃经热处理后可以得到氟化物微晶，降低玻璃声子能量，从而大大改善玻璃的光学性能。因此，在锗硅酸盐玻璃中引入氟化物，可以使玻璃同时兼具硅酸盐、锗酸盐和氟化物玻璃的优点，获得热稳定性优良和低声子能量的玻璃。同时可以为氟氧化物透明微晶玻璃的制备和研究提供理论基础。稀土上转换发光玻璃在蓝绿可见波段的激光器、近红外探测器、照明等等领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方法简单，成本低，发光强度高的制备稀土离子掺杂锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃的方法。

本发明的制备稀土离子掺杂氟氧钨硅酸盐上转换发光玻璃的方法，采用的是高温熔融法退火法，包括以下步骤：

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按摩尔比30: 20: 15: 5:30: 2.5~4.5: 0.1~0.5称量后混合均匀，然后倒入坩埚中；

2）将步骤1）的坩埚放入高温炉中，以8 ^oC/min升温速率升温至1400℃，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板或石墨板上冷却至室温，然后在620^oC退火2h。

本发明的有益效果在于：

本发明制备方法简单，原料成本低廉，整个制备过程在空气气氛中进行，无需特殊装置，所需设备简单。本发明首次在锗硅酸盐玻璃基体中引入氟化钙，研究Er³⁺-Yb³⁺共掺玻璃的上转换发光性能。在保证原有玻璃基体具有优良的热稳定性和机械性能的同时，通过氟化钙的引入，既可以降低玻璃的熔融温度，又可以进一步降低玻璃基体的声子能量，从而获得肉眼可见的强烈的上转换红绿光输出。

附图说明

图 1是不同氧化镱掺杂浓度的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃发射光谱。

图 2是不同氧化铒掺杂浓度的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃发射光谱。

具体实施方式

实施例 1 

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按质量比30: 20: 15: 5: 30: 2.5: 0.5放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；

2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8^oC/min升温速率升温至1400 ^oC，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板上冷却至室温，然后在620 ^oC退火2 h，得到稀土离子掺杂的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃。

图 1曲线a是本实施例制备的锗硅酸盐氟氧化物玻璃在980 nm激发波长下的上转换发射光谱，由图可见，获得了由于Er³⁺离子⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2能级跃迁而产生的强烈的绿光(~547 nm)和红光(~670 nm)上转换发射。

在980 nm红外光泵浦下，该样品具有肉眼可见强烈的上转换红绿光输出。

实施例 2

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按质量比30: 20: 15: 5: 30: 3.5: 0.5放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；

2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8^oC/min升温速率升温至1400 ^oC，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板上冷却至室温，然后在620 ^oC退火2 h，得到稀土离子掺杂的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃。

产品的上转换发射图谱如图1曲线b所示，由图可见，制备的锗硅酸盐氟氧化物玻璃在980 nm激发波长下获得了强烈的绿光(~547 nm)和红光(~670 nm)上转换发射。

实施例 3

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按质量比30: 20: 15: 5: 30: 4.5: 0.5放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；

2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8^oC/min升温速率升温至1400 ^oC，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板上冷却至室温，然后在620 ^oC退火2 h，得到稀土离子掺杂的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃。

产品的上转换发射图谱如图 1曲线c所示，由图可见，制备的锗硅酸盐氟氧化物玻璃在980 nm激发波长下获得了强烈的绿光(~547 nm)和红光(~670 nm)上转换发射，且发光强度比实施例1和2更强。

实施例 4 

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按质量比30: 20: 15: 5: 30: 4.5: 0.1放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；

2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8^oC/min升温速率升温至1400 ^oC，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板上冷却至室温，然后在620 ^oC退火2 h，得到稀土离子掺杂的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃。

图 2曲线a是本实施例制备的锗硅酸盐氟氧化物玻璃在980 nm激发波长下的上转换发射光谱，由图可见，获得了对应于Er³⁺离子⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2能级跃迁强烈的绿光(~547 nm)和红光(~670nm)上转换发射。

实施例 5

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按质量比30: 20: 15: 5: 30: 4.5: 0.3放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；

2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8^oC/min升温速率升温至1400 ^oC，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板上冷却至室温，然后在620 ^oC退火2 h，得到稀土离子掺杂的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃。

图 2曲线b是本实施例制备的锗硅酸盐氟氧化物玻璃在980 nm激发波长下的上转换发射光谱，由图可见，获得了分别对应于Er³⁺离子⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2能级跃迁强烈的绿光(~547 nm)和红光(~670 nm)上转换发射，且绿光和红光发光强度远远高于实施例4的强度。

实施例 6

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按质量比30: 20: 15: 5: 30: 4.5: 0.5放入研钵，混合均匀后倒入坩埚中；

2）将含配合料的坩埚放入高温炉中，以8^oC/min升温速率升温至1400 ^oC，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板上冷却至室温，然后在620 ^oC退火2 h，得到稀土离子掺杂的锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃。

图 2曲线c是本实施例制备的锗硅酸盐氟氧化物玻璃在980 nm激发波长下的上转换发射光谱，由图可见，获得了分别对应于Er³⁺离子⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2能级跃迁的绿光(~547 nm)和红光(~670 nm)上转换发射，与实施例5相比，强度有所降低。

Claims (1)

1.一种制备稀土离子掺杂锗硅酸盐氟氧化物上转换发光玻璃的方法，包括以下步骤：

1）将二氧化硅、二氧化锗、氧化铝、氧化硼、氟化钙、氧化镱和氧化铒按摩尔比30: 20: 15: 5:30: 2.5~4.5: 0.1~0.5称量后混合均匀，然后倒入坩埚中；

2）将步骤1）的坩埚放入高温炉中，以8 ^oC/min升温速率升温至1400℃，保温2 h熔融；

3）将步骤2）的熔融液倒在400 ^oC的铜板或石墨板上冷却至室温，然后在620^oC退火2h。

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