CN104310783A

CN104310783A - 一种长余辉发光玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN104310783A
Application number: CN201410528371.7A
Authority: CN
Inventors: 王明辉; 顾士甲; 王连军; 江莞
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University; National Dong Hwa University
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2015-01-28

Abstract

本发明涉及一种长余辉发光玻璃及其制备方法，发光玻璃按照质量百分比，由85～99.9％的高活性介孔材料粉体和0.1～15％的长余辉发光粉组成。制备方法包括：(1)按照比例称取原料，球磨混料，干燥备用；(2)将上述球磨干燥好的粉体烧结，烧结完成后随炉冷却至室温，经过打磨、抛光即得长余辉发光玻璃。本发明的制备方法具有烧结温度低、升温速度快、烧结时间短等优点，而且整个制备过程是在真空、惰性气氛或还原性气氛下进行，可以有效的避免长余辉发光粉体中的发光离子被氧化而导致发光性能的降低或消失，从而可以制备出发光性能良好的长余辉玻璃。

Description

一种长余辉发光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于长余辉发光玻璃及其制备领域，特别涉及一种长余辉发光玻璃及其制备方法。

背景技术

长余辉材料是一种受到光辐照后能够储存能量停止照射后又能将存储的能量以可见光形式缓慢释放的物质。它可以广泛的应用于激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等诸多领域，具有良好的发展前景。由于晶体材料本身特性的限制，使之很难以单晶的形式制成较大面积的平板，所以长余辉发光材料一般都以多晶体块状形式或粉末状形式存在，其颗粒形状各异、大小不一，这就使它的应用范围受到了很大的限制。

玻璃是一种非晶态物质，其具有长程无序、短程有序的结构。由于玻璃是一种均匀、透明、各向同性的材料，同时具有良好的机械、力学、化学和光学特性，在工艺上易于制成各种不同形状(如平板状、纤维状等)和尺寸的元件，因此玻璃就成为长余辉发光材料的良好基质材料。

目前，长余辉发光玻璃材料的制备方法主要有熔融法、合成法(低熔点玻璃法)和溶胶-凝胶法等。苏锵等人(中国专利：CN1305967A)采用熔融法以氧化锶，三氧化二铝，三氧化二硼为玻璃基质，并加入助熔剂和稀土元素制备了稀土黄绿色长余辉发光玻璃。这种方法的优点是工艺简单，但其缺点也十分明显，如反应温度高，反应过程中易引人杂质，从而使发光亮度下降，而且由于激活剂离子通常是稀土或者过渡金属的低价态离子，反应过程需要足够强的还原气氛才能实现激活剂离子的还原，因此成本较高。戴嘉凌等人采用合成法将蓄光-自发光材料和低熔点玻璃基质混合制备了蓄光-自发光玻璃。这种方法的显著优点是不需要高温制备，而且制成的长余辉发光玻璃发光亮度高，余辉时间长；缺点是长余辉发光材料粉末与玻璃粉末混合时很难达到均匀分散状态，而且这种玻璃透明性较差，并且这种方法还要求形成玻璃载体的温度必须低于稀土离子被氧化的温度，否则长余辉玻璃的发光性能会大幅降低。溶胶-凝胶法是一种在低温条件下合成晶体和非晶体的技术，采用这种方法不仅合成温度低节约能源，而且各种成分混合时更均匀，起始反应的活性也较高；同时还可以在制备过程中掺入大量的激活剂离子，从而可以制成纯度和熔点更高的优质长余辉发光玻璃。但是具有不易形成多组分玻璃，有时还会产生其它产物，致密度低，不易形成大块玻璃等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种长余辉发光玻璃及其制备方法，该制备技术采用放电等离子体烧结技术结合高活性粉体在较低温度下制备长余辉发光玻璃，由于制备温度较低，所以这种技术可以采用商业的长余辉发光粉体，从而为这一制备长余辉发光玻璃技术的实际应用提供了便利。

本发明的一种长余辉发光玻璃，所述发光玻璃按质量百分比，由85～99.9％的高活性介孔材料粉体和0.1～15％的长余辉发光粉组成。

所述高活性介孔材料为商用SBA、M41S、MAU或MAS。

所述长余辉发光粉为商用铝酸盐长余辉粉体、硅酸盐长余辉粉体或硫化物长余辉粉体。

本发明的一种长余辉发光玻璃的制备方法，包括：

(1)原料复合粉体的制备

按照高活性介孔材料粉体的质量分数为85wt％～99.9wt％、长余辉发光粉的质量分数为0.1wt％～15wt％的配比称取原料，球磨混料，干燥备用；

(2)放电等离子体快速烧结(SPS)

将上述球磨干燥好的粉体在真空、惰性气氛或还原性气氛下烧结，烧结的温度为800～1200℃，烧结完成后随炉冷却至室温，经过打磨、抛光即得长余辉发光玻璃。

所述步骤(1)中的球磨时间为1～24h。

所述步骤(1)中的干燥为放入60℃烘箱中干燥。

所述步骤(2)中的烧结工艺参数为：升温速率为50～300℃/min，压力为10～200MPa，保温时间为1～10分钟。

本发明提出的方法是采用放电等离子体快速烧结技术，将长余辉发光粉和高活性介孔材料粉体在较低温度下快速的烧结固化成长余辉发光玻璃块体。整个烧结过程长余辉发光粉和高活性介孔粉体不发生熔融过程，所以制备所需温度低，这利于发光粉体在玻璃中的保存。而且整个过程是在真空、惰性气氛或还原性气氛下进行，可以有效的避免长余辉发光粉体中的发光离子被氧化而导致发光性能的降低或消失，从而可以制备出发光性能良好的长余辉玻璃。

有益效果

本发明把长余辉发光粉体与高活性介孔材料粉体混合，采用放电等离子体快速烧结技术将混合粉体在较低温度下制备出长余辉发光玻璃，由于制备温度较低，所以这种技术可以采用商业的长余辉发光粉体，从而为这一制备长余辉发光玻璃技术的实际应用提供了便利；而且本发明的制备工艺简单，成本低，是一种节能环保的制备玻璃的工艺，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备的样品与所用长余辉发光粉体的激发和发光光谱的对比图。

图2为实施例1制备的样品的X射线衍射图谱。

图3为实施例2制备的样品与所用长余辉发光粉体的激发和发光光谱的对比图。

图4为实施例3制备的样品与所用长余辉发光粉体的激发和发光光谱的对比图。

图5为实施例4制备的样品的激发和发光光谱图。

图6为实施例5制备的样品与所用长余辉发光粉体的激发和发光光谱的对比图。

图7为实施例6制备的样品与所用长余辉发光粉体的X射线衍射的对照图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

按照SrAl₂O₄：Eu和MCM-41粉体质量百分比为1％∶99％的配比称取原料粉体，接着将两者放入球磨罐中干法球磨12小时，保证混料均匀。球磨完，将粉料放入干燥箱干燥。干燥完毕将粉料装入石墨模具中放入SPS设备中进行烧结。SPS烧结是在真空条件下进行的，烧结过程中施加的压力为50MPa；烧结中升温速率为150℃/min；烧结温度为1050℃；保温时间为2min。烧结完成后关闭仪器电源，随炉冷却至室温。样品取出后经过打磨、抛光等过程得到黄绿色长余辉发光玻璃块体。

实施例2

按照Sr₄Al₁₄O₂₅：Eu和介孔SBA-15粉体质量百分比为2％∶98％的配比称取原料粉体，接着将两者放入球磨罐中球磨6小时，保证混料均匀。球磨完，将粉料放入干燥箱干燥。干燥完毕将粉料装入石墨模具中放入SPS设备中进行烧结。SPS烧结是在氩气条件下进行的，烧结过程中施加的压力为70MPa。烧结中升温速率为100℃/min；烧结温度为1000℃；保温时间为5min。烧结完成后关闭仪器电源，随炉冷却至室温。样品取出后经过打磨、抛光等过程得到蓝绿色长余辉发光玻璃块体。

实施例3

按照CaAl₂O₄：Eu和SBA-15粉体质量百分比为10％∶90％的配比称取原料粉体，接着将两者放入球磨罐中干法球磨12小时，保证混料均匀。球磨完，将粉料放入干燥箱干燥。干燥完毕将粉料装入石墨模具中放入SPS设备中进行烧结。SPS烧结是在氩气条件下进行的，烧结过程中施加的压力为80MPa；烧结中升温速率为100℃/min；烧结温度为1100℃；保温时间为2min。烧结完成后关闭仪器电源，随炉冷却至室温。样品取出后经过打磨、抛光等过程得到蓝色长余辉发光玻璃块体。

实施例4

按照Sr₂Al₄SiO₁₀：Eu和SBA-15粉体质量百分比为1％∶99％的配比称取原料粉体，接着将两者放入球磨罐中干法球磨12小时，保证混料均匀。球磨完，将粉料放入干燥箱干燥。干燥完毕将粉料装入石墨模具中放入SPS设备中进行烧结。SPS烧结是在真空条件下进行的，烧结过程中施加的压力为50MPa；烧结中升温速率为210℃/min；烧结温度为1020℃；保温时间为2min。烧结完成后关闭仪器电源，随炉冷却至室温。样品取出后经过打磨、抛光等过程得到黄绿色长余辉发光玻璃块体。

实施例5

按照Y₂O₂S：Eu和MCM-48质量百分比为3％∶97％的配比称取原料粉体，接着将两者放入球磨罐中干法球磨8小时，保证混料均匀。球磨完，将粉料放入干燥箱干燥。干燥完毕将粉料装入石墨模具中放入SPS设备中进行烧结。SPS烧结是在真空条件下进行的，烧结过程中施加的压力为80MPa；烧结中升温速率为200℃/min；烧结温度为1000℃；保温时间为1min。烧结完成后关闭仪器电源，随炉冷却至室温。样品取出后经过打磨、抛光等过程得到红色长余辉发光玻璃块体。

实施例6

按照Y₂O₂S：Eu和SBA-15粉体质量百分比为7％∶93％的配比称取原料粉体，接着将两者放入球磨罐中干法球磨10小时，保证混料均匀。球磨完，将粉料放入干燥箱干燥。干燥完毕将粉料装入石墨模具中放入SPS设备中进行烧结。SPS烧结是在氩气条件下进行的，烧结过程中施加的压力为50MPa。烧结中升温速率为210℃/min；烧结温度为1020℃；保温时间为2min。烧结完成后关闭仪器电源，随炉冷却至室温。样品取出后经过打磨、抛光等过程得到红色长余辉发光玻璃块体。

Claims

1.一种长余辉发光玻璃，其特征在于：所述发光玻璃按质量百分比，由85～99.9％的高活性介孔材料粉体和0.1～15％的长余辉发光粉组成。

2.根据权利要求1所述的一种长余辉发光玻璃，其特征在于：所述高活性介孔材料粉体为SBA、M41S、MAU或MAS。

3.根据权利要求1所述的一种长余辉发光玻璃，其特征在于：所述长余辉发光粉为铝酸盐长余辉粉体、硅酸盐长余辉粉体或硫化物长余辉粉体。

4.一种长余辉发光玻璃的制备方法，包括：

(1)按高活性介孔材料粉体的质量分数为85wt％～99.9wt％、长余辉发光粉的质量分数为0.1wt％～15wt％的配比称取原料，球磨混料，干燥备用；

(2)将上述球磨干燥好的粉体在真空、惰性气氛或还原性气氛下烧结，烧结的温度为800～1200℃，烧结完成后随炉冷却至室温，经过打磨、抛光即得长余辉发光玻璃。

5.根据权利要求4所述的一种长余辉发光玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的球磨时间为1～24h。

6.根据权利要求4所述的一种长余辉发光玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的干燥为放入60℃烘箱中干燥。

7.根据权利要求4所述的一种长余辉发光玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的烧结工艺参数为：升温速率为50～300℃/min，压力为10～200MPa，保温时间为1～10分钟。