CN107601907A - 一种具有nv色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃微球，其制备方法为：(1)将纳米金刚石高温退火处理，得到NV色心；(2)将玻璃原料通过分段熔融法制备含NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；(3)将复合玻璃进行拉制，拉成玻璃丝；(4)将玻璃丝进行保温处理，获得微球。本发明的复合玻璃微球光致折射率变化极小，光学稳定性好，偏心度＜1％，表面光洁度＜1nm。掺加脱硝催化剂的碲锗酸盐玻璃熔制温度低，在500‑800nm(NV色心的发光范围)透过率高，NV发光强度高，制备方法简便，周期短，并且掺杂纳米金刚石浓度大，有望应用在基于NV色心的量子通讯器件和各种高灵敏物理量探测器上，并且可能实现其集成化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球及其制备方法，有望应用在基于NV色心的量子通讯器件和各种高灵敏物理量探测器上。
背景技术
金刚石内当一个氮原子替代一个碳原子，并捕获周围一个空穴，会形成稳定的结构，称为NV色心(Nitrogen Vacancy center)，NV色心具有稳定的能级结构，可以发出荧光。相比于块材金刚石样品，含有NV色心的纳米金刚石在应用方面有独特的优势。纳米金刚石内NV色心在600-800nm附近的发光极其稳定，无光漂白和光闪烁，相干和弛豫时间长，生物兼容性优良，尺寸小，灵活性大，可以与其他光学系统相结合制作复合材料，结合荧光探测磁共振技术和NV色心的自旋性质还可应用于量子信息、生物标记，高灵敏物理量(磁场、电场、温度等)探测等领域的研究。无论是块体金刚石或纳米金刚石中的NV色心，其与电磁场的耦合强度很小，因此对NV色心发光的收集效率都比较低。基于Purcell效应，可利用光学微腔增强ZPL发光以及光收集效率。光学玻璃微球(直径在30微米-500微米)本身就可构成一种天然的光学微腔，具有极高的腔品质因数Q和极小的模式体积V。目前已有报道将纳米金刚石中的NV色心与石英玻璃微球结合，使NV色心的光学能级和微球的模式达到强耦合。
但是由于石英折射率(～1.45)与纳米金刚石折射率(～2.43)相差较大，纳米金刚石中的NV色心发光在石英玻璃微球中传播时会存在不必要的散射，不利于NV色心发光的收集。目前纳米金刚石与微球复合的方法是将纳米金刚石溶解在化学试剂中，然后将溶液涂覆在玻璃微球表面，这样会引入散射损失，并且无法将纳米金刚石稳定持久地附着在玻璃微球的表面，器件的稳定性与制备技术限制了其应用。亟需寻找一种与纳米金刚石相匹配的玻璃基质，及一套有效的合成方法，将纳米金刚石与玻璃微球稳固地结合在一起。
碲酸盐玻璃的折射率在2.0以上，与金刚石的折射率(2.4)相匹配，理论上可以获得透明度较高、光传输性能较优的纳米金刚石复合玻璃材料。但是碲酸盐玻璃热稳定性能、机械性能较差，阻碍了其发展。在碲酸盐玻璃中添加GeO2替代一部分氧化碲作为玻璃形成体，形成碲锗酸盐玻璃，可以增强玻璃的热稳定性能和机械性能。但是二氧化锗引入后，会造成玻璃折射率降低。
目前用于光学微腔的玻璃微球的制备方法主要有玻璃粉料漂浮高温熔融法和激光加热光纤熔化法。前者可以一次性批量制备尺寸在一定数值区间分布的玻璃微球，但对炉膛加热区、炉内压力及收集微球系统的负压的设计需反复摸索与严格控制。后者获得的微球与光纤的顶端相连接，便于移动操作和定位，但每次只能制备一个微球，制备方法效率低，成本高，并且该方法激光产生的加热温度过高，容易引起纳米金刚石氧化及光学性能不稳定，不适用于纳米金刚石复合玻璃微球的制备。本发明的目的在于，提供一种高性能纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，解决纳米金刚石在常用器件中光学性能不稳定、散射大、制备效率低和成本高的问题。
结合我国现有资源，充分利用及促进固体废弃物资源化再利用，本发明选择脱硝催化剂固体废弃物来合成金刚石碲锗酸盐复合玻璃微球。随着国家对火电厂氨氮大气污染物排放量的要求逐渐提高，脱硝催化剂的使用量逐渐加大，脱硝催化剂的主要成分为二氧化钛、三氧化钨、五氧化二钒等，占到总量的95％以上。大量使用后的脱硝催化剂成为废弃物，不仅占用大量空间，其内部钒等元素对机体及环境有害。
本发明所采用的脱硝催化剂废料可直接由电厂提供，是指生产过程中产生的催化效力降低的不合格的脱硝催化剂产品或中间产品，利用脱硝催化剂废料中残存的二氧化钛、三氧化钨、五氧化二钒等，结合使用在纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球中，不仅充分利用了现有资源，同时也减少了固体废弃物带来的污染，并有效提高了玻璃的NV发光性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球及其制备方法。将高质量NV色心的制备与碲锗酸盐玻璃的熔制结合在一起，实现复合玻璃微球的高效简单制备及NV色心发光。对于实现纳米金刚石在量子信息处理、光电子器件和场致发射显示器等领域的应用具有十分重要的科学意义和工程价值。
本发明具体的技术解决方案如下：
一种纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，包括以下步骤:
(1)将纳米金刚石进行高温退火处理，得到NV色心；
(2)将将TeO2、GeO2、ZnO、BaF2、La2O3、脱硝催化剂废料、Na2O以及步骤(1)获得的纳米金刚石共同作为玻璃原料，通过分段熔融法制备含NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；
(3)将步骤(2)获得的复合玻璃进行拉制，拉成玻璃丝；
(4)将步骤(3)获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，进行保温处理，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
步骤(1)中所述的纳米金刚石的尺寸为50-100nm。
步骤(1)中所述的高温退火处理是指：将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至750-820℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2-3小时后，再以200-250℃/小时的速度降温至90-100℃，然后关闭高温炉，降温至室温；
步骤(2)中所述的玻璃原料是按质量百分比计，包括如下组分：TeO2:55-65％,GeO2:3-15％,ZnO:3-10％,BaF2:3-10％,La2O3:3-5％,脱硝催化剂废料:10-20％,Na2O:2-10％,步骤(1)处理后的纳米金刚石:0.1-10％。
步骤(2)中所述的分段熔融法包括：
①将脱硝催化剂废料在120-200℃进行煅烧55-65分钟，研磨后在325目过筛，筛余量小于5％，然后与除纳米金刚石以外的其余原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于750-800℃的硅碳棒电炉中熔制20-30分钟得到熔融的玻璃液，然后以9-11℃/小时的速度降温至410-430℃；
②将步骤(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制10-20分钟得到熔融的玻璃液；
③将步骤②得到的玻璃液浇注到已预热至350-370℃的模具上，后再放入已升温至360-380℃的马弗炉中，保温2-3小时后，再以9-11℃/小时的速度降温至100-110℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
步骤(3)中所述玻璃丝的直径为100-500μm，拉制的温度为390-400℃，拉制的速度为1-4mm/min。
步骤(4)中所述保温处理的温度为200-250℃，时间为1-2h，所述保护性气体为氦气。
本发明的有益效果：
1)复合玻璃微球的光致折射率变化极小，光学稳定性好，偏心度＜1％，表面光洁度＜1nm。
2)掺加脱硝催化剂的碲锗酸盐玻璃熔制温度低，在500-800nm(NV色心的发光范围)透过率高，温度过高会引起纳米金刚石的氧化，不利于光的传输。
3)采用高温退火法制备含NV色心的纳米金刚石，约在600nm-800nm范围内具有NV发光峰，较不发光的未处理的50-100nm的纳米金刚石有实质性进步。将纳米金刚石掺入碲锗酸盐玻璃中，使得纳米金刚石具有很强的NV发光，较不发光的未掺脱硝催化剂的碲锗酸盐玻璃有实质性进步，较只经过高温退火处理未掺入玻璃的纳米金刚石的NV发光强度提高了约5-10倍。
4)制备工艺简单，成本很低，一次可制备大量尺寸均匀的高质量微球。已有的纳米金刚石复合材料常采用离子注入，或溶液沉积等方式制备，本发明与上述方式相比，绿色环保，纳米金刚石与基体稳固结合，并且掺杂纳米金刚石浓度大，有望应用于量子信息、生物标记，高灵敏物理量(磁场、电场、温度等)探测等领域。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明作示例性的说明及帮助进一步理解本发明，但实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部的技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案的限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改换或替换，均属于本发明保护范围。
表1：
| 组分(％) | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# |
| TeO2 | 62 | 57 | 65 | 55 | 60 | 55 |
| GeO2 | 15 | 5 | 3 | 15 | 3 | 4 |
| ZnO | 5 | 5 | 3 | 4 | 10 | 3 |
| BaF2 | 5 | 5 | 10 | 6.9 | 3 | 3 |
| La2O3 | 5 | 5 | 3 | 4 | 3 | 3 |
| 脱硝催化剂废料 | 0 | 15 | 10 | 11 | 10 | 20 |
| Na2O | 4 | 4 | 2 | 3 | 10 | 2 |
| 纳米金刚石 | 4 | 4 | 4 | 0.1 | 1 | 10 |
实施例1：
一种纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃，原料组成如表1中1#所示；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石原料，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
具体制备过程如下：
(1)按照表1中1#质量百分比，称取纳米金刚石，将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至750℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2小时后，再以200℃/小时的速度降温至90℃，然后关闭高温炉，降温至室温；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试上述所得的纳米金刚石，获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在637nm。
(2)按照表1中1#质量百分比，计算出除纳米金刚石以外的其余各原料组分的重量，并称取各原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于900℃的硅碳棒电炉中熔制30分钟得到熔融的玻璃液，然后以11℃/小时的速度降温至480℃；
将前面得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制20分钟得到熔融的玻璃液。将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至480℃的模具上，后再放入已升温至460℃的马弗炉中，保温3小时后，再以11℃/小时的速度降温至110℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
(3)将复合玻璃在390℃进行拉制，拉制速度为1mm/min，拉成直径为125μm的玻璃丝。
(4)将获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，在250℃保温1h，光纤断开并形成尺寸大小不一的微球。
经测试各微球的直径相差较大，范围在130～180μm，偏心度＞1％，表面光洁度＞1nm。在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃微球在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
实施例2：一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球；
一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃，原料组成如表1中2#所示；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石原料，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
具体制备过程如下：
(1)按照表1中2#质量百分比称取纳米金刚石，将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至750℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2小时后，再以210℃/小时的速度降温至90℃，然后关闭高温炉，降温至室温。在532nm半导体激光器的泵浦下，测试上述所得的纳米金刚石，获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在637nm。
(2)将脱硝催化剂废料在120℃进行煅烧55分钟，研磨后在325目过筛，筛余量为3％，按照表1中2#质量百分比，计算出除纳米金刚石以外的其余原料组分的重量，并称取各原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于800℃的硅碳棒电炉中熔制30分钟得到熔融的玻璃液，然后以11℃/小时的速度降温至430℃；
将(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制20分钟得到熔融的玻璃液。将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至370℃的模具上，后再放入已升温至380℃的马弗炉中，保温3小时后，再以11℃/小时的速度降温至110℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
(3)将复合玻璃在390℃进行拉制，拉制速度为1mm/min，拉成直径为125μm的玻璃丝。
(4)将获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，在250℃保温1h，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
经测试各微球的直径约为125～130μm，偏心度0.5％，表面光洁度0.5nm。在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃微球获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在640nm，并且与经退火处理但未掺入玻璃中同等质量的纳米金刚石在相同光谱测试条件进行对比，本实施例所得的NV色心发光强度提高了2倍。
实施例3：一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球；
一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球，原料组成如表1中3#所示；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石原料，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
具体制备过程如下：
(1)按照表1中3#质量百分比称取纳米金刚石，将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至750℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2小时后，再以220℃/小时的速度降温至90℃，然后关闭高温炉，降温至室温。在532nm半导体激光器的泵浦下，测试上述所得的纳米金刚石，获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在637nm。
(2)将脱硝催化剂废料在120℃进行煅烧55分钟，研磨后在325目过筛，筛余量为3％，按照表1中3#质量百分比，计算出除纳米金刚石以外的其余原料组分的重量，并称取各原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于800℃的硅碳棒电炉中熔制30分钟得到熔融的玻璃液，然后以11℃/小时的速度降温至430℃；
将(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制20分钟得到熔融的玻璃液。将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至370℃的模具上，后再放入已升温至380℃的马弗炉中，保温3小时后，再以11℃/小时的速度降温至110℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
(3)将复合玻璃在395℃进行拉制，拉制速度为2mm/min，拉成直径为200μm玻璃丝。
(4)将获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，在250℃保温1h，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
经测试各微球的直径约为200～210μm，偏心度0.4％，表面光洁度0.4nm。在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃微球获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在640nm，并且与经退火处理但未掺入玻璃中同等质量的纳米金刚石在相同光谱测试条件进行对比，本实施例所得的NV色心发光强度提高了3倍。
实施例4：一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球；
一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃，原料组成如表1中4#所示；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石原料，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
具体制备过程如下：(1)按照表1中4#质量百分比称取纳米金刚石，将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至800℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2.5小时后，再以230℃/小时的速度降温至95℃，然后关闭高温炉，降温至室温。在532nm半导体激光器的泵浦下，测试上述所得的纳米金刚石，获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在637nm。
(2)将脱硝催化剂废料在150℃进行煅烧60分钟，研磨后在325目过筛，筛余量为4％，按照表1中4#质量百分比，计算出除纳米金刚石以外的其余原料组分的重量，并称取各原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于780℃的硅碳棒电炉中熔制25分钟得到熔融的玻璃液，然后以10℃/小时的速度降温至420℃；
将(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制15分钟得到熔融的玻璃液。将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至360℃的模具上，后再放入已升温至370℃的马弗炉中，保温2.5小时后，再以10℃/小时的速度降温至105℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
(3)将复合玻璃在395℃进行拉制，拉制速度为2mm/min，拉成直径为100μm的玻璃丝。
(4)将获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，在250℃保温1h，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
经测试各微球的直径约为100～110μm，偏心度0.4％，表面光洁度0.8nm。在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃微球获得了波长范围在612nm-792nm的NV色心的发光带，中心波长在639nm，并且与经退火处理但未掺入玻璃中同等质量的纳米金刚石在相同光谱测试条件进行对比，本实施例所得的NV色心发光强度提高了4倍。
实施例5：一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球；
一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃，原料组成如表1中5#所示；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石原料，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
具体制备过程如下：
(1)按照表1中5#质量百分比称取纳米金刚石，将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至820℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温3小时后，再以250℃/小时的速度降温至100℃，然后关闭高温炉，降温至室温。在532nm半导体激光器的泵浦下，测试上述所得的纳米金刚石，获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在637nm。
(2)将脱硝催化剂废料在200℃进行煅烧65分钟，研磨后在325目过筛，筛余量为3％，按照表1中5#质量百分比，计算出除纳米金刚石以外的其余原料组分的重量，并称取各原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于750℃的硅碳棒电炉中熔制20分钟得到熔融的玻璃液，然后以9℃/小时的速度降温至410℃；
将(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制10分钟得到熔融的玻璃液。将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至350℃的模具上，后再放入已升温至360℃的马弗炉中，保温2小时后，再以9℃/小时的速度降温至100℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
(3)将复合玻璃在400℃进行拉制，拉制速度为4mm/min，拉成直径为300μm的玻璃丝。
(4)将获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，在230℃保温1.5h，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
经测试微球的直径为300～312μm，偏心度0.3％，表面光洁度0.3nm。在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃获得了波长范围在613nm-793nm的NV色心的发光带，中心波长在638nm，并且与经退火处理但未掺入玻璃中同等质量的纳米金刚石在相同光谱测试条件进行对比，本实施例所得的NV色心发光强度提高了2.5倍。
实施例6：一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球；
一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃，原料组成如表1中6#所示；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石原料，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
具体制备过程如下：
(1)按照表1中6#质量百分比称取纳米金刚石，将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至800℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2.5小时后，再以240℃/小时的速度降温至95℃，然后关闭高温炉，降温至室温。在532nm半导体激光器的泵浦下，测试上述所得的纳米金刚石，获得了波长范围在610nm-790nm的NV色心的发光带，中心波长在637nm。
(2)将脱硝催化剂废料在200℃进行煅烧65分钟，研磨后在325目过筛，筛余量为3％，按照表1中6#质量百分比，计算出除纳米金刚石以外的其余原料组分的重量，并称取各原料组分；
然后与除纳米金刚石以外的其余原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于780℃的硅碳棒电炉中熔制25分钟得到熔融的玻璃液，然后以10℃/小时的速度降温至420℃；
将(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制15分钟得到熔融的玻璃液。将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至360℃的模具上，后再放入已升温至370℃的马弗炉中，保温2.5小时后，再以10℃/小时的速度降温至105℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
(3)将复合玻璃在400℃进行拉制，拉制速度为3mm/min，拉成直径为500μm玻璃丝。
(4)将获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，在210℃保温1.5h，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
经测试微球的直径为500～510μm，偏心度0.1％，表面光洁度0.2nm。在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃获得了波长范围在608nm-785nm的NV色心的发光带，中心波长在638nm，并且与经退火处理但未掺入玻璃中同等质量的纳米金刚石在相同光谱测试条件进行对比，本实施例所得的NV色心发光强度提高了3.5倍。
Claims (8)
1.一种纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)将纳米金刚石进行高温退火处理，得到NV色心；
(2)将TeO2、GeO2、ZnO、BaF2、La2O3、脱硝催化剂废料、Na2O以及步骤(1)获得的纳米金刚石共同作为玻璃原料，通过分段熔融法制备含NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；
(3)将步骤(2)获得的复合玻璃进行拉制，拉成玻璃丝；
(4)将步骤(3)获得的玻璃丝放于模具中，放入炉中，然后通入保护性气体，进行保温处理，光纤断开并形成尺寸均匀的微球。
2.如权利要求1所述的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的纳米金刚石的尺寸为50-100nm。
3.如权利要求1所述的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的高温退火处理为：
将纳米金刚石真空封装在石英试管中，放入已升温至750-820℃的高温炉中，加热过程中一直通入高纯氮气，保温2-3小时后，再以200-250℃/小时的速度降温至90-100℃，然后关闭高温炉，降温至室温。
4.如权利要求1所述的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的玻璃原料是以TeO2、GeO2为主要组分并掺有纳米金刚石，质量百分比组成为:TeO2:55-65％,GeO2:3-15％,ZnO:3-10％,BaF2:3-10％,La2O3:3-5％,脱硝催化剂废料:10-20％,Na2O:2-10％,纳米金刚石:0.1-10％。
5.如权利要求1所述的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的分段熔融法包括如下步骤：
①将脱硝催化剂废料在120-200℃进行煅烧55-65分钟，研磨后在325目过筛，筛余量小于5％，然后与除纳米金刚石以外的其余原料组分，研磨均匀形成混合料后，放入黄金坩埚中，并置于750-800℃的硅碳棒电炉中熔制20-30分钟得到熔融的玻璃液，然后以9-11℃/小时的速度降温至410-430℃；
②将步骤(1)得到的纳米金刚石放入上述玻璃液中，继续熔制10-20分钟得到熔融的玻璃液；
③将步骤②得到的玻璃液浇注到已预热至350-370℃的模具上，后再放入已升温至360-380℃的马弗炉中，保温2-3小时后，再以9-11℃/小时的速度降温至100-110℃，然后关闭马弗炉，降温至室温。
6.如权利要求1所述的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的玻璃丝直径为100-500μm，拉制的温度为390-400℃，拉制的速度为1-4mm/min。
7.根据权利要求1所述纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述保温处理的温度为200-250℃，时间为1-2h，所述保护性气体为氦气。
8.一种纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃微球，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备而成，具有NV色心发光。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110510885A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-29 | 山东省科学院激光研究所 | 一种光纤式nv色心单/多光子源的制备方法 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103011593A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-04-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃 |
| CN103342464A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-10-09 | 同济大学 | 一种含银纳米晶体蓝光增强碲酸盐玻璃及其制备方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103011593A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-04-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃 |
| CN103342464A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-10-09 | 同济大学 | 一种含银纳米晶体蓝光增强碲酸盐玻璃及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ASHLEIGH H. HEFFERNAN: "Nanodiamond arrays on glass for quantification and fluorescence characterisation", 《SCIENTIFIC REPORTS》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110510885A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-29 | 山东省科学院激光研究所 | 一种光纤式nv色心单/多光子源的制备方法 |
| CN110835741A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-25 | 北京科技大学 | 一种通过离子注入制备金刚石氮镍复合色心的方法 |
| CN114415080A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-04-29 | 中国科学技术大学 | 金刚石nv色心磁力计及测量磁场的方法 |
| CN114415080B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-06-02 | 中国科学技术大学 | 金刚石nv色心磁力计及测量磁场的方法 |
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