CN107651858A - 一种具有nv色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃及制备方法 - Google Patents

一种具有nv色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃及制备方法 Download PDF

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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，其组分包括:TeO2,GeO2,ZnO,脱硝催化剂废料,Na2O,纳米金刚石。是先通过对纳米金刚石高温退火，获得NV色心，再通过分段熔融法制得。本发明的复合玻璃NV色心发光强度强，玻璃熔制温度低，玻璃转变温度在341℃～380℃，玻璃的折射率(2.30～2.34)与金刚石的折射率相接近，具有良好的热稳定性能，是一种非常具有前景的高光学质量玻璃；本发明利用废弃的脱硝催化剂废料增强玻璃的硬度和改善玻璃热稳定性性能，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

一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃及制 备方法
技术领域
本发明涉及一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃及制备方法，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。
但是NV色心和器件之间低的耦合效率限制了其应用。目前已报道可将纳米金刚石与特制光学共振腔、金属纳米颗粒等表面等离子体或是与光纤锥结合提高荧光收集效率，但是这些结构需要耗费大量时间与精力制作，对实验室的洁净度要求极高，并且器件的稳定性与制备人员的技术水平密切相关，难以满足光电应用的需求，需要进一步提高NV发光的强度。
玻璃是一种具有许多优良性能的材料，在一定温度下具有良好的可塑性。玻璃制备和加工的工艺成熟，玻璃是一种制备工艺简单、成本低，具有良好的透明性，不易磨损的材料。并且玻璃可以制成光纤，光纤已广泛应用于通讯系统、传感探测器、激光器等领域。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，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。而碲酸盐玻璃热稳定性能、机械性能较差，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。
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玻璃复合材料。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/碲锗酸盐玻璃制备中，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、一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃：
1.以TeO2、GeO2为主要组分，掺杂有纳米金刚石，质量百分比组成包括:TeO2:55～75％,GeO2:3～15％,ZnO:3～10％,脱硝催化剂废料:10～30％,Na2O:0.01～10％,纳米金刚石:0.01～10％。
2.所述的纳米金刚石尺寸为50-100nm。
二、一种含NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃的制备
1.通过对纳米金刚石高温退火，获得NV色心。
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150-200℃/小时的速度降温至90-100℃，然后关闭高温炉，降温至室温。
2.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。
所述的分段熔融法，具体的制备步骤包括：
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所述组分，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)将玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至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。
本发明的有益效果：
1)本发明熔制复合玻璃过程中采用了特殊的温度制度和制备工艺，充分保证了玻璃的均匀性及高透明度。GeO2的加入可以提高玻璃的硬度和热稳定性，但是GeO2加入过多，造成熔制温度和玻璃转变温度提高，折射率下降，且如果熔制温度过高，会造成纳米金刚石的氧化，因此氧化锗的加入量需小于15％。脱硝催化剂废料的加入可以有效改善GeO2引起的玻璃转变温度过高的问题，还能增加玻璃热稳定性，同时能够提供具有低Tg而又具有高硬度的玻璃。本发明设计的玻璃由于适量GeO2和脱硝催化剂及纳米金刚石的加入，玻璃的维氏硬度提高，约为690-720kgf/mm2。
2)该碲锗酸盐玻璃熔制温度低，并且玻璃转变温度＜450℃，温度过高会引起纳米金刚石的氧化；在500-800nm(NV色心的发光范围)透过率高；玻璃的折射率(～2.3)与金刚石的折射率相接近；具有良好的热稳定性能，容易制备获得高光学质量玻璃。
3)采用高温退火法制备含NV色心的纳米金刚石，约在600nm-800nm处具有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)本发明制备得到的具有强NV发光的纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃，制备方法简便，制备周期短。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，为产品化提供较好的前期条件。
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：
实施例1：一种碲酸盐玻璃；
一种碲酸盐玻璃，原料组成如表1中1#所示；
具体制备过程如下：
按照表1中1#玻璃组成的质量百分比，计算出相应的各组成的重量，并称取各原料组分；
将原料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，后再放入已升温至所述玻璃液的370℃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。
对玻璃的测试结果如下：
①将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率是2.24±0.01。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质，玻璃开始析晶温度和玻璃转变温度的差值常作为热稳定性参数。测得本实施例的玻璃转变温度Tg＝357℃，玻璃开始析晶温度Tx＝459℃，它们的差值ΔT(Tx-Tg)＝102℃。
③测量该玻璃的维氏硬度，为654kgf/mm2。
实施例2：一种碲锗酸盐玻璃；
一种碲锗酸盐玻璃，原料组成如表1中2#所示；
具体制备过程如下：
按照表1中2#玻璃组成的质量百分比，计算出相应的各组成的重量，并称取各原料组分；
将原料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，然后快速浇注到已预热至450℃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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率。与实施例1对比，折射率从2.24降低到2.00，说明GeO2加入会引起玻璃的折射率下降。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质。与实施例1对比，玻璃转变温度从357℃增加到456℃，热稳定性参数从102℃增加到137℃，说明GeO2加入能增强玻璃的热稳定性但会引起的玻璃转变温度升高。
③测量该玻璃的维氏硬度。与实施例1对比，玻璃的维氏硬度从654kgf/mm2增加到668kgf/mm2，说明GeO2的加入能增强玻璃的硬度。
实施例3：一种纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；
一种纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃，原料组成如表1中3#所示；
具体制备过程如下：
按照表1中3#玻璃组成的质量百分比，计算出相应的各组成的重量，并称取各原料组分；
在532nm半导体激光器的泵浦下，测试纳米金刚石，在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
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150℃/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。
将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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率，玻璃的折射率降为2.01。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质。玻璃转变温度为460℃，玻璃热稳定性参数为140℃。
③测量该玻璃的维氏硬度，为680kgf/mm2。
④在532nm半导体激光器的泵浦下，本实施例所得纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃在500nm-800nm未获得NV色心的发光。
实施例4：一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；
一种含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；
具体制备过程如下：
按照表1中4#玻璃组成的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150℃/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。
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4#玻璃组成的质量百分比，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；然后将脱硝催化剂废料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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率。与实施例1对比，玻璃的折射率从2.24增加到2.31，可见脱硝催化剂废料的引入有效改善了GeO2加入引起的折射率下降问题。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质。与实施例3对比，玻璃转变温度从460℃降低到370℃，玻璃热稳定性参数从137℃增加到153℃，说明脱硝催化剂废料的加入能有效改善GeO2加入引起的玻璃转变温度升高的问题，并保持玻璃良好的热稳定性能。
③测量该玻璃的维氏硬度。与实施例3对比，玻璃硬度从680kgf/mm2增加到694kgf/mm2，说明脱硝催化剂废料的加入能增强玻璃的硬度。
④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5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；
一种含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；
具体制备过程如下：
按照表1中5#玻璃组成的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150℃/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。具体制备过程如下：
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5#玻璃组成的质量百分比，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；然后将脱硝催化剂废料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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率是2.33。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质，得到玻璃转变温度Tg为380℃，热稳定性参数ΔT为148℃。
③测量该玻璃的维氏硬度，为720kgf/mm2。
④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10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；
一种含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；
具体制备过程如下：
按照表1中6#玻璃组成的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175℃/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。
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6#玻璃组成的质量百分比，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；然后将脱硝催化剂废料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℃；
将前面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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率是2.30。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质，得到玻璃转变温度Tg为373℃，热稳定性参数ΔT为150℃。
③测量该玻璃的维氏硬度，为710kgf/mm2。
④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7倍。
实施例7：一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；
一种含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7#所示；
具体制备过程如下：
按照表1中7#玻璃组成的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200℃/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。
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7#玻璃组成的质量百分比，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；然后将脱硝催化剂废料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℃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℃；
将前面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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率是2.34。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质，得到玻璃转变温度Tg为341℃，热稳定性参数ΔT为156℃。
③测量该玻璃的维氏硬度，为700kgf/mm2。
④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8倍。
实施例8：一种具有NV色心的纳米金刚石/碲锗酸盐复合玻璃；
一种含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8#所示；
具体制备过程如下：
按照表1中8#玻璃组成的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175℃/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。
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8#玻璃组成的质量百分比，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；
然后将脱硝催化剂废料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℃；
将前面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。
对玻璃的测试结果如下：
①本实施例制备得到的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃透明，将退火后的玻璃加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光。通过棱镜耦合仪测得玻璃的折射率是2.31。
②取退火后的少许样品或碎料，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析热学性质，得到玻璃转变温度Tg为351℃，热稳定性参数ΔT为151℃。
③测量该玻璃的维氏硬度，为690kgf/mm2。
④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4倍。
通过本发明制备的含纳米金刚石的碲锗酸盐复合玻璃，玻璃熔制温度低，玻璃转变温度341℃～380℃，没有引起纳米金刚石的氧化，玻璃的折射率(2.30～2.34)与金刚石的折射率相接近，具有良好的热稳定性能，在532nm半导体激光器的泵浦下，获得了NV色心较强的发光，制备方法简便，制备周期短，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。

Claims (3)

1.一种具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃，其特征在于，按质量百分比计，包括如下原料：
2.如权利要求1所述的具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃，其特征在于，所述的纳米金刚石的尺寸为50-100nm。
3.如权利要求1所述的具有NV色心发光的纳米金刚石/碲锗酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
①通过对纳米金刚石高温退火，获得NV色心：
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150-200℃/小时的速度降温至90-100℃，然后关闭高温炉，降温至室温；
②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：
所述的分段熔融法，具体的制备步骤包括：
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。
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