CN107235633A - 透明纳米晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

发明一种透明纳米晶玻璃及其制备方法,透明纳米晶玻璃由氧化硅，三氧化二铝，氧化锌，氧化镁，氧化锆，氧化钛，氧化钾、氧化钠一种或两种、氧化钕、氧化铒、氧化锑、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化铬一种或多种等原料加工制成。其制备步骤是：将原料混合、搅拌均匀、球磨、熔化、浇铸、退火、核化、晶化，得到透明纳米晶玻璃。本发明透明纳米晶玻璃的二氧化硅含量属中低硅，难熔物二氧化硅含量降低使熔制变得容易；其晶径位于1‑‑100纳米之间，具有只有纳米材料才有的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应；同时，本发明透明纳米晶玻璃是透明的，因而拓展了应用领域。基于以上特性，本发明透明纳米晶玻璃具有广阔的应用前景。

Description

透明纳米晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米晶及其制备方法，特别是一种透明纳米晶玻璃及其制备方法，是交叉学科，属于纳米无机材料领域。
背景技术
在1997年Pinckney和Beall研制出了有重大经济价值纳米微晶玻璃，但大多数微晶玻璃晶径大，基本不透明，微晶玻璃主要应用和研究领域在高硅区即二氧化硅含量60％以上，难熔物二氧化硅含量高熔制比较困难。
现有的纳米自组装技术大多只能生产纳米颗粒材料、纳米膜材料、纳米液体材料，不能生产纳米大块体材料。
发明内容
本发明的目的是发明一种性能佳、适应性广、工艺简单可控的透明纳米晶玻璃及其制备方法。
本发明的透明纳米晶玻璃, 其特征在于：它由以下重量百分比的原料加工制成：二氧化硅38–44％, 三氧化二铝24‌–30％，氧化锌9–18％，氧化镁0–6％，氧化锆3–7.5％，氧化钛1–8％，氧化钾、氧化钠一种或两种0–3％，氧化钕、氧化铒、氧化锑、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化铬一种或多种1–5％，各种原料总量为100％。
作为本发明的透明纳米晶玻璃的优选：它由以下重量百分比的原料加工制成：二氧化硅42.5％, 三氧化二铝27.8％，氧化锌12％，氧化镁4.5％，氧化锆3.7％，氧化钛6％，氧化钾、氧化钠一种或两种1％，氧化钕、氧化铒、氧化锑、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化铬一种或多种2.5％。
作为本发明透明纳米晶玻璃的进一步改进：氧化钾和氧化钠可按任意重量比组成，氧化钕、氧化铒、氧化锑、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化铬可按任意重量比组成。
本发明透明纳米晶玻璃的制备方法，其步骤是：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到透明纳米晶玻璃。
本发明透明纳米晶玻璃的二氧化硅含量属中低硅，难熔物二氧化硅含量降低使熔制变得容易；其晶径位于1–100纳米之间，具有只有纳米材料才有的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应；同时，本发明透明纳米晶玻璃是透明的，因而拓展了应用领域。基于以上特性，本发明透明纳米晶玻璃具有广阔的应用前景,可应用于电子工业中作为平板显示器，各种光电基板，光学放大器，太阳能收集器，激光应用中的上变频器装置，并且磁性记忆存储装置中硬盘也可以用本发明的新材料制备，还可以用作人工宝石材料。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作说明，但本发明不限于以下实施例，还可以有很多变形，本领域的普通技术员能从本发明公开的内容直接导出或联想到所有变形，均应属于本发明的保护范围。
实施例1
原料：二氧化硅42.5kg, 三氧化二铝27.8 kg，氧化锌12 kg，氧化镁4.5 kg，氧化锆3.7kg，氧化钛6 kg，氧化钠1 kg，氧化锑1 kg，氧化镍1 kg，氧化铬的0.5 kg。
制备：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到绿色透明纳米晶玻璃。
这种材料在可见光区有宽广的吸收区, 通过斯托克斯（Stokes）效应能在近红外区发射荧光，而这些波段（730–830纳米）正是太阳能硅电池的灵敏吸收区，所以利用这些特性可制造太阳能集光器。
这种材料绿色纯正饱满与祖母绿颜色相近，是很好的人工宝石材料。
实施例2
原料：二氧化硅38kg, 三氧化二铝29 kg，氧化锌15 kg，氧化镁1.3 kg，氧化锆5.2 kg，氧化钛6 kg，氧化钾1 kg，氧化钠1 kg，氧化锑1 kg，氧化铒2.5 kg。
制备：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到粉红色透明纳米晶玻璃。
这种材料可提高光纤通信的增益带宽，在1.4–1.7微米光通讯窗口，可望开发为优良光纤放大器材料。
这种材料粉红色纯正饱满，也是很好的人工宝石材料。
实施例3
原料：二氧化硅41kg, 三氧化二铝26.5 kg，氧化锌13 kg，氧化镁6kg，氧化锆3.7 kg，氧化钛4.2 kg，氧化钠1 kg，氧化锑1.5kg，氧化钕2.5 kg, 氧化铁0.3 kg, 氧化钴0.3 kg。
制备：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到蓝色透明纳米晶玻璃。
这种材料蓝色纯正饱满，与天然篮宝石颜色相近，也是很好的人工宝石材料。
实施例4
原料：二氧化硅44kg, 三氧化二铝26.5 kg，氧化锌17.5 kg，氧化锆3 kg，氧化钛6 kg，氧化钾1.7 kg，氧化锑0.5kg， 氧化镍0.5 kg, 氧化钴0.3 kg。
制备：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到海兰色透明纳米晶玻璃。
实施例5
原料：二氧化硅43.5kg, 三氧化二铝28.5 kg，氧化锌10.5 kg，氧化镁5kg，氧化锆7kg，氧化钛2 kg，氧化钠2 kg，氧化锑1.5kg。
制备：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到无色透明纳米晶玻璃。
通过改变原料配方还可以制备其他各种颜色的透明纳米晶玻璃。

Claims (3)

1.一种透明纳米晶玻璃, 其特征在于：它由以下重量百分比的原料加工制成：二氧化硅38–44％, 三氧化二铝24‌–30％，氧化锌9–18％，氧化镁0–6％，氧化锆3–7.5％，氧化钛1–8％，氧化钾、氧化钠一种或两种0–3％，氧化钕、氧化铒、氧化锑、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化铬一种或多种1–5％，各种原料总量为100％。
2.根据权利要求1所述的透明纳米晶玻璃，其特征在于：它由以下重量百分比的原料加工制成：二氧化硅42.5％, 三氧化二铝27.8％，氧化锌12％，氧化镁4.5％，氧化锆3.7％，氧化钛6％，氧化钾、氧化钠一种或两种1％，氧化钕、氧化铒、氧化锑、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化铬一种或多种2.5％。
3.根据权利要求1或2所述的透明纳米晶玻璃的制备方法，其特征在于其步骤是：将原料混合成基料，搅拌均匀，经三筛两磨后，再球磨1小时，于1520–1600℃保温5小时熔化，浇铸后降温至650℃退火，将退火后的材料在800℃保温2小时核化，然后在950℃保温1.5小时晶化，得到透明纳米晶玻璃。
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