CN108439807A - 一种嵌有Er:YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种嵌有Er:YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃及其制备方法 Download PDF

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钟世康
张越鹏
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韩建军
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition

Abstract

本发明提供一种嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃及其制备方法，所述微晶相基质为YAG，激活离子为Er3+，激活离子均匀掺杂于YAG微晶相中，并且微晶相在微晶玻璃中均匀分布；所述近红外发光微晶玻璃的阳离子摩尔百分比组成为：Y3+：13～34.9％，Al3+：65～77％，Er3+：0.1～10％，激活离子Er3+与Y3+摩尔百分含量之和为23～35％。本发明提供的Er:YAG微晶玻璃析出的Er:YAG微晶尺寸小而均一，使制得的微晶玻璃具有透明度高、还抗潮解，抗射线辐照，导热率高、光学性能优异等特点，可应用于光放大器、激光器等领域。

Description

一种嵌有Er:YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及近红外发光材料，具体涉及一种嵌有Er:YAG微晶相的近红外波段高透光性的微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
近红外发光材料是一种在Xe灯、可见光波长半导体激光器、近红外光波长半导体激光器，或其它可见光-近红外光波长激光器的激发下能够产生特定范围近红外荧光的光功能材料，被广泛应用于光放大器和激光器的增益材料等领域，根据应用领域的不同对近红外发光材料的要求也不尽相同，但一般情况下近红外发光材料应具备下列特性：发光效率高、荧光衰减慢、激光输出波长透过率高、成本低和导热性能好等特点。常用的近红外发光材料主要采用稀土离子作为激活剂，利用晶体、玻璃和透明陶瓷作为基质材料。其中，稀土离子Er3+常用于制备具有高效近红外发光的材料。特别在晶体基质中，由于晶体场的作用会使Er3+离子产生Stark能级分裂从而产生许多精细分裂能级和一些亚稳态。这使得Er3+离子激活的晶体材料能够用于更多波段的光放大或激光，从而实现在不同领域的应用。如Er3+离子在YAG晶体中的电子在发生4I15/2→4I13/2能级跃迁时能够发出大量波长范围在1.54～1.66μm的发光，相应的Er:YAG激光器可被应用在许多领域如激光测距、卫星通讯等，并且其中1.54μm波长的激光属于人眼安全激光范围，因而还可以用与激光医疗领域。高Er掺杂浓度的Er:YAG还能够发出波长为2.94μm的光，这种波长的激光可广泛应用于医学激光手术。这是因为生物组织中的水分子对2.94μm波长的光存在强烈的吸收，该波长的激光照射到人体时，人体组织细胞中的水将激光强烈吸收，使其穿透的深度很浅。因为Er:YAG所产生的2.94μm的光会被组织液强烈吸收，而且这种吸收放热对周围其它组织产生的热扩散很小，使其几乎不会对其它组织造成损伤，Er:YAG激光的这一特点使其可以用来进行精确度要求较高的切除手术。因此，围绕着Er:YAG晶体，Er:YAG透明陶瓷，及Er3+掺杂玻璃等近红外发光材料的制备和应用有大量的研究。
在各种基质材料中，Er:YAG晶体一般具有导热好、高光输出等优点，但晶体也存在以下严重的缺点：制备困难，价格昂贵。而Er3+离子掺杂的玻璃虽然成本低，易大尺寸制备，但它在发光效率、荧光波长覆盖范围、导热性能等方面难与晶体相比，因此其应用也受到很大限制。Er:YAG透明陶瓷具有与Er:YAG晶体相比拟的光学性质、物理化学性质和激光特性，但制备过程中需要采用特别要求的原料，并且制备周期很长。
微晶玻璃(GC)材料是一种在连续的玻璃相中析出晶体颗粒的杂化材料。如果使激活离子进入到晶体颗粒中，那么微晶玻璃将能够表现出与掺杂相同激活离子的晶体相似的发光特征。因而，新型的Er:YAG近红外发光透明微晶玻璃不仅可以拥有类似Er:YAG晶体材料的良好发光性能和导热性能，并且易于大规模工业化生产，能够有效降低制造成本，具有广阔的市场前景。
目前关于近红外发光的Er:YAG微晶玻璃公开报道十分有限，且已有报道中材料的加工工艺复杂、性能难以满足实际使用要求。如在2004年，日本京都大学的西正之和田部势津久报道了一种Er:YAG微晶玻璃(英文国际期刊Solid State Communication的第132期19-23页，Phase-selective cathodoluminescence spectroscopy of Er:YAG glass-ceramics)。这种微晶玻璃基于成份为27.3CaO-13.1Y2O3-31.8Al2O3-27.3SiO2-0.5Er2O3(mol％)的母体玻璃，热处理后其中所获得Er:YAG微晶的粒径为5-15微米，但透过率和近红外发光强度等光谱学性能较低。后在2010年，日本京都大学的藤田俊輔和田部势津久又报道了另外一种Er:YAG微晶玻璃(英文国际期刊Optical Materials的第32期886-890页，Fabrication,microstructure and optical properties of Er3+:YAG glass–ceramics)。这种微晶玻璃基于Y2O3–Al2O3–SiO2–Li2O–TiO2–ZrO2玻璃，经过高温长时间热处理(1350℃或更高，13小时或更久)可获得Er:YAG微晶，粒径为2-5微米。如温度低于1350℃或时间较短，将获得不期待的其它杂质微晶相。且其中所获得的1600nm附近的荧光强度较低，与典型Er:YAG晶体发射强度分布不同。此外，其透过率也较低。
综上所述，现有Er:YAG微晶玻璃主要存在以下问题：(1)为能制得母体玻璃，除Y2O3、Al2O3和Er源等必须成分外，额外加入SiO2、B2O3或P2O5等主族元素氧化物和Li2O、Na2O、K2O等碱金属氧化物或Ca2O、Sr2O、Ba2O等碱土金属氧化物成分，不可避免地造成但上述氧化物中的阳离子在微晶玻璃析晶过程中进入微晶相，使Er:YAG微晶玻璃的近红外发光性能降低；(2)所获得的微晶相颗粒尺寸多为微米级别，且玻璃相与YAG相的折射率差异较大，造成可见光和近红外光透过率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃微晶结晶度高、整体透明性良好、发光性能好，同时拥有良好的加工性能。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃，其中所述微晶相基质为YAG，激活离子为Er3+，激活离子均匀掺杂于YAG微晶相中，并且微晶相在微晶玻璃中均匀分布；
所述近红外发光微晶玻璃的阳离子摩尔百分比组成为：
Y3+：13～34.9％，
Al3+：65～77％，
Er3+：0.1～10％，
激活离子Er3+与Y3+摩尔百分含量之和为23～35％。
按上述方案，所述Y3+来源为氧化钇、YAG(Y3Al5O12)粉体、YAlO3粉体中的一种或多种；所述Al3+来源为氧化铝、YAG(Y3Al5O12)粉体、YAlO3粉体中的一种或多种；所述Er3+来源为铒的氧化物、氟化物、氯化物或硝酸盐中的一种。
本发明还提供上述嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃的制备方法，其步骤如下：
1)玻璃料混合：按比例称取原料，并将原料置于研钵中充分研磨混合均匀，得到均一的玻璃混合料；
2)玻璃料压片：将步骤1)所得玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，得到片状玻璃混合料；
3)玻璃料预烧：将步骤2)所得片状玻璃混合料装入坩埚中，然后将坩埚置于马弗炉中预烧，得到块体状玻璃混合料；
4)采用无容器法制备玻璃：将步骤3)所得块状玻璃混合料置于气动悬浮炉的喷嘴上，用高纯气体将其悬浮于空中，不与任何器具发生接触，待悬浮稳定后，用激光器对块状玻璃混合料进行加热使其熔化，待液态玻璃料混合均匀后，将激光器关闭，停止对其加热，液态玻璃料迅速冷却得到玻璃；
或采用火焰飘浮法制备玻璃：将步骤3)压制好的块状玻璃混合料碎成所需的粒度，并通过布料器将其均匀地投入成珠炉中，在高温火焰气流中加热熔融，在玻璃表面张力作用下形成球状的玻璃珠，停止用高温火焰气流加热，液态玻璃料迅速冷却得到玻璃；
5)热处理析晶：将步骤4)所得玻璃置于马弗炉中热处理，热处理结束后随炉冷却至室温得到透明的嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃。
按上述方案，步骤2)采用台式电子压片机压片的压力为10～30MPa。
按上述方案，步骤3)预烧工艺条件为：室温下以2～20℃/min的速率升温至1000～1800℃，随后保温1～6小时，最后随炉冷却至室温。
按上述方案，步骤4)所述用激光器对块体状玻璃混合料进行加热的时间为3s～3min，加热温度为2000～2500K。
按上述方案，步骤5)所述热处理工艺条件为：700～1300℃下保温0.5～4h。
本发明还包括上述嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃作为近红外光放大器和近红外激光器增益材料的应用。
本发明原料组份简单，使得制备的近红外发光微晶玻璃中阳离子仅含Y3+、Al3+和Er3+，不含有Pb等毒害重金属元素，且玻璃中合成的Er:YAG微晶不会因为Si、B、P等杂质元素的引入和形成缺陷和荧光淬灭中心，从而提高了荧光效率。同时，通过优选元素比例，使玻璃相的主要成份为Al2O3‐Y2O3，其折射率约为1.78‐1.80，高于其它普通的氧化物玻璃，与Er:YAG相的折射率1.84相近。此外，制备的纳米晶还具有特殊的尺寸效应，从而可以减少微晶相‐玻璃相界面的光散射。由于微晶玻璃的发光性能主要由其中的微晶相决定，本发明的微晶玻璃可以实现最高52％(体积比)左右的结晶度，使其具有相比普通发光微晶玻璃(通常最高35％(体积比))更高的发光强度。
本发明通过采用无容器法或火焰漂浮法，使采用常规方法无法成玻的组分能够形成玻璃，通过后续的热处理使其均匀析晶，通过改变热处理的温度和时长，能够得到不同析晶度的微晶玻璃。由于该微晶玻璃不需要SiO2、B2O3、P2O5等玻璃网络形成体，仅以氧化钇、氧化铝作为基质玻璃的原料，所制得玻璃透过率高，发光性能良好，从而能够应用在光纤激光器、放大器等领域。基质玻璃与YAG的折射率相匹配，减少了因折射率不匹配造成的散射。
本发明的有益效果在于：1、本发明制备的嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃整体均一(其中晶粒尺寸为10～30nm)、结晶度高(52％左右)、透明度高，发光性能优异，在808nm和900～980nm光源激发下发出覆盖1.45～1.68μm波长的处于光通讯窗口的近红外光，可用作光通讯波段近红外光放大器和激光器的增益材料，还可用于产生人眼安全近红外激光的增益材料。2、采用传统的熔融冷却法制备玻璃时，由于容器壁的影响，一方面会导致热量大量损失很难使熔融温度过高，同时容器的耐热性也有限；
另一方面，根据经典成核理论，玻璃形成能力较差的熔体其均匀成核速率较慢，高温熔
体在降温过程中，容器壁的存在会使熔体首先在此成核，从而加剧晶体的生成，因此熔
点较高且成玻能力差的玻璃的制备更加困难。本发明通过采用无容器法制备出嵌有
Er:YAG晶相的微晶玻璃，制备过程不需要添加SiO2、B2O3、P2O5等玻璃网络形成体，从
而使微晶玻璃具有高结晶度。并且使用无容器法制备样品坯料和熔制烧成玻璃总共仅需
几分钟，极大缩短了材料制备过程所需时间。此外，在材料的制备过程中还能通过高速
相机实时观察反应舱中样品所处状态并通过温度探头确认样品温度。
附图说明
图1为实施例1所制备的Er:YAG GC的XRD图谱；
图2为实施例1所制备的Er:YAG GC的照片；
图3为实施例1所制备的Er:YAG GC在940nm光源激发下的荧光光谱图；
图4为实施例1所制备的Er:YAG GC的透过率图；
图5为实施例1所制备的Er:YAG GC的荧光寿命图
图6为实施例2所制备的Er:YAG GC的荧光寿命图；
图7为实施例2所制备的Er:YAG GC的照片；
图8为实施例3所制备的Er:YAG GC的荧光寿命图；
图9为实施例3所制备的Er:YAG GC的XRD图谱；
图10为实施例3所制备的Er:YAG GC在940nm光源激发下的荧光光谱图；
图11为实施例4所制备的Er:YAG GC的透过率图；
图12为实施例4所制备的Er:YAG GC的照片；
图13为实施例5所制备的Er:YAG GC的荧光寿命图；
图14为实施例5所制备的Er:YAG GC在940nm光源激发下的荧光光谱图；
图15为实施例5所制备的Er:YAG GC的XRD图谱。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用粉体原料的纯度为99.99％。
实施例1
制备透明Er:YAG微晶玻璃(GC)，具体步骤如下：
(1)玻璃料混合：将分析纯的原料按照25Y2O3:73Al2O3：2Er2O3(mol％)的配比精确称量后置于研钵中，在玛瑙研钵中充分研磨混合，得到均一的玻璃混合料；
(2)玻璃料压片：将玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，设置压力10Mpa，得到片状玻璃混合料；
(3)玻璃料预烧：片状玻璃混合料装入坩埚，再将坩埚置于马弗炉中在空气气氛下预烧，从室温以5℃/min的速率升温至1500℃，保温2小时，最后随炉冷却至室温得到块体状玻璃混合料；
(4)无容器法制备玻璃：将块体状玻璃混合料置于气动悬浮炉的喷嘴上，用高纯Ar气将该混合料悬浮于空中，不与任何器具发生接触；待悬浮稳定后，用CO2激光器对其进行加热并使其熔化，在2500K保持5s，待液态玻璃料混合均匀后，将激光器关闭，停止对其加热；用风冷的方法使液态玻璃料迅速冷却，冷却速率为300～400K/s，制得玻璃；
(5)热处理析晶：将制得的玻璃置于马弗炉中热处理，设置马弗炉温度为930℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却至室温得到自发析晶的透明Er:YAG微晶玻璃。
如图1所示为本发明实施例1所制备的透明Er:YAG微晶玻璃的XRD图谱，表明在玻璃基质中析出了YAG纳米晶相。该微晶玻璃表面经过抛光后的照片如图2所示。用荧光光谱仪测量本实施例所得透明Er:YAG微晶玻璃在室温下的各光谱性质。图3所示为微晶玻璃在940nm激发下的近红外发射光谱，可见对应于Er3+离子处于YAG晶体场中发生4I15/2→4I13/2能级跃迁时的典型荧光发射，对应发射峰的中心波长分别为1470nm，1530nm，1570nm，1610nm和1630nm。从图3的荧光光谱可以看出，本发明实施例所制得的微晶玻璃在1.6μm处的发光峰强度与1.53μm处发光峰强度相当。
用紫外可见近红外光分光光度仪测量其透过率，透过率图如图4所示，可见该微晶玻璃在在其激发光波长范围和发射光波长范围内(1500nm～1700nm波段)透过率都大于75％，在800nm左右，900～980nm范围内，及1500nm左右均有吸收峰。图5所示为其在1530nm处荧光的衰减曲线，可测算出其荧光寿命约为5.54ms(从最高点到最高点强度的1/e处的时间)。这与Er:YAG晶体的荧光寿命相近，且其荧光光谱也与Er:YAG晶体相似。而通常氧化物玻璃中Er3+的荧光寿命在2～3ms。增益材料期待能产生增益波长发射的能级具有长的荧光寿命，说明使用该组成制备微晶玻璃不会引入杂质元素而形成缺陷和荧光猝灭中心，提高了荧光效率。
本实施例玻璃相组成为钇铝二元氧化物玻璃，其折射率与Er:YAG晶相的折射率相近，从而降低了使微晶相与玻璃相间的光散射。而微晶玻璃的发光性能主要由其中的微晶相决定，根据公式：R＝(ρGC-ρMG)/(4.56-ρMG)计算微晶玻璃结晶度，其中R：晶相比例(体积比)，ρGC：微晶玻璃密度，ρMG：基质玻璃密度。根据上式算得当热处理温度达到900℃时，制得微晶玻璃的结晶度已经达到50％，继续升高温度最高可达到55％。可知，本实施例制备的的微晶玻璃结晶度为52％(体积比)左右，而普通发光微晶玻璃结晶度通常最高35％(体积比)。
本实施例所制备的微晶玻璃，使用无容器法制备基质玻璃，所需时间非常短。然后通过热处理使其析晶，所需热处理温度相对较低，并且热处理时间也很短。所制得微晶玻璃中晶粒尺寸较小(根据XRD测试结果计算或者通过SEM或TEM测试得到晶粒尺寸，观察到的晶粒尺寸为10～30nm，与计算所得结果相似)。
实施例2
制备透明Er:YAG微晶玻璃(GC)，具体步骤如下：
(1)玻璃料混合：将分析纯的原料按照65.3YAlO3：32.7Al2O3：2ErF3(mol％)的配比精确称量后置于研钵中，充分研磨混合，得到均一的玻璃混合料；
(2)玻璃料压片：将玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，设置压力10Mpa，得到片状玻璃混合料；
(3)玻璃料预烧：片状玻璃混合料装入坩埚，再将坩埚置于马弗炉中在空气气氛下预烧，从室温以5℃/min的速率升温至1300℃，保温2小时，最后随炉冷却至室温得到块体状玻璃混合料；
(4)无容器法制备玻璃：将块体状玻璃混合料置于气动悬浮炉的喷嘴上，用高纯Ar气将该混合料悬浮于空中，不与任何器具发生接触；待悬浮稳定后，用CO2激光器对其进行加热并使其熔化，在2100K保持2.5min，待液态玻璃料混合均匀后，将激光器关闭，停止对其加热；用风冷的方法使液态玻璃料迅速冷却，冷却速率为300～400K/s，制得玻璃；
(5)热处理析晶：将制得的玻璃置于马弗炉中热处理，设置马弗炉温度为760℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却至室温得到自发析晶的透明Er:YAG微晶玻璃。
图6所示为本实施例所制得的透明Er:YAG微晶玻璃在1530nm处荧光的衰减曲线，可测算出其荧光寿命约为5.85ms。本实施例所制得微晶玻璃的照片如图7所示。
实施例3
制备透明Er:YAG微晶玻璃(GC)，具体步骤如下：
(1)玻璃料混合：将分析纯的原料按照29.4Y2O3：66.7Al2O3：3.9ErCl3(mol％)的配比精确称量后置于研钵中，充分研磨混合，得到均一的玻璃混合料；
(2)玻璃料压片：将玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，设置压力20Mpa，得到片状玻璃混合料；
(3)玻璃料预烧：片状玻璃混合料装入坩埚，再将坩埚置于马弗炉中在空气气氛下预烧，从室温以5℃/min的速率升温至1700℃，保温2小时，最后随炉冷却至室温得到块体状玻璃混合料；
(4)无容器法制备玻璃：将块体状玻璃混合料置于气动悬浮炉的喷嘴上，用高纯Ar气将该混合料悬浮于空中，不与任何器具发生接触；待悬浮稳定后，用CO2激光器对其进行加热并使其熔化，在2300K保持1min，待液态玻璃料混合均匀后，将激光器关闭，停止对其加热；用风冷的方法使液态玻璃料迅速冷却，冷却速率为300～400K/s，制得玻璃；
(5)热处理析晶：将制得的玻璃置于马弗炉中热处理，设置马弗炉温度为1000℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却至室温得到自发析晶的透明Er:YAG微晶玻璃。其常温下荧光衰减曲线如图8所示，可得出荧光寿命约为4.98ms。
如图9所示为本发明实施例所制备的透明Er:YAG微晶玻璃的XRD图谱，表明在玻璃基质中析出了YAG纳米晶相。图10为本实施例所制备的Er:YAG GC在940nm光源激发下的荧光光谱图，可见其发射峰的中心波长分别为1470nm，1530nm，1570nm，1610nm和1630nm，对应于Er3+离子处于YAG晶体场中发生4I15/2→4I13/2能级跃迁时的典型荧光发射。
实施例4
制备透明Er:YAG微晶玻璃(GC)，具体步骤如下：
(1)玻璃料混合：将分析纯的原料按照17YAlO3：33.7Y3Al5O12：47.3Al2O3：2Er(NO3)3(mol％)的配比精确称量后置于研钵中，在玛瑙研钵中充分研磨混合，得到均一的玻璃混合料，其中阳离子摩尔组成为：Y3+：29.5％，Al3+：70.0％，Er3+：0.5％；
(2)玻璃料压片：将玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，设置压力20Mpa，得到片状玻璃混合料；
(3)玻璃料预烧：片状玻璃混合料装入坩埚，再将坩埚置于马弗炉中在空气气氛下预烧，从室温以5℃/min的速率升温至1200℃，保温2小时，最后随炉冷却至室温得到块体状玻璃混合料；
(4)火焰飘浮法制备玻璃：玻璃混合料碎成所需的粒度，并通过布料器将玻璃混合料粉未均匀地投入特制的成珠炉中，在2000K的高温火焰气流中加热熔融，在玻璃表面张力作用下形成球状的玻璃珠，停止用高温火焰气流加热，液态玻璃料迅速冷却得到玻璃；
(5)热处理析晶：将制得的玻璃置于马弗炉中热处理，设置马弗炉温度为900℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却至室温得到自发析晶的透明Er:YAG微晶玻璃。
如图11为本实施例所制得Er:YAG微晶玻璃的透过率曲线，可见该微晶玻璃在在其激发光波长范围和发射光波长范围内(1500nm～1700nm波段)透过率都大于70％，在800nm左右，900～980nm范围内，及1500nm左右均有吸收峰。图12为该Er:YAG GC的照片。
实施例5
制备透明Er:YAG微晶玻璃(GC)，具体步骤如下：
(1)玻璃料称量：将分析纯的原料按照33.3Y3Al5O12:52.7Al2O3:14Er2O3(mol％)的配比精确称量后置于研钵中，在玛瑙研钵中充分研磨混合，得到均一的玻璃混合料；
(2)玻璃料压片：将玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，设置压力10Mpa，得到片状玻璃混合料；
(3)玻璃料预烧：片状玻璃混合料装入坩埚，再将坩埚置于马弗炉中在空气气氛下预烧，从室温以5℃/min的速率升温至1000℃，保温2小时，最后随炉冷却至室温得到块体状玻璃混合料；
(4)火焰飘浮法制备玻璃：玻璃混合料碎成所需的粒度，并通过布料器将玻璃混合料粉未均匀地投入特制的成珠炉中，在2400K的高温火焰气流中加热熔融，在玻璃表面张力作用下形成球状的玻璃珠，停止用高温火焰气流加热，液态玻璃料迅速冷却得到玻璃；
(5)热处理析晶：将制得的玻璃置于马弗炉中热处理，设置马弗炉温度为1250℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却至室温得到自发析晶的透明Er:YAG微晶玻璃。
图13为本实施例所制备的Er:YAG GC的荧光寿命图，从该图中可以看出本实施例所制得的微晶玻璃其荧光寿命约为5.32ms。图14为用940nm激光器作为泵浦源，用荧光光谱仪测得本实施例所得透明Er:YAG微晶玻璃的室温发射谱，可见其发射峰的中心波长分别为1470nm，1530nm，1570nm，1610nm和1630nm，与Er3+离子在YAG晶相中的发光峰基本一致。图15为该Er:YAG GC的XRD图谱，通过与标准卡片对比，可以确定微晶玻璃中只存在一种晶相，并且该晶相为YAG。

Claims (8)

1.一种嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃，其特征在于，其中所述微晶相基质为YAG，激活离子为Er3+，激活离子均匀掺杂于YAG微晶相中，并且微晶相在微晶玻璃中均匀分布；
所述近红外发光微晶玻璃的阳离子摩尔百分比组成为：
Y3+：13～34.9％，
Al3+：65～77％，
Er3+：0.1～10％，
激活离子Er3+与Y3+摩尔百分含量之和为23～35％。
2.根据权利要求1所述的嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃，其特征在于，所述Y3+来源为氧化钇、YAG粉体、YAlO3粉体中的一种或多种；所述Al3+来源为氧化铝、YAG粉体、YAlO3粉体中的一种或多种；所述Er3+来源为铒的氧化物、氟化物、氯化物或硝酸盐中的一种。
3.一种权利要求1或2所述的嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)玻璃料混合：按比例称取原料，并将原料置于研钵中充分研磨混合均匀，得到均一的玻璃混合料；
2)玻璃料压片：将步骤1)所得玻璃混合料置于模具中，采用台式电子压片机压片，得到片状玻璃混合料；
3)玻璃料预烧：将步骤2)所得片状玻璃混合料装入坩埚中，然后将坩埚置于马弗炉中预烧，得到块体状玻璃混合料；
4)采用无容器法制备玻璃：将步骤3)所得块状玻璃混合料置于气动悬浮炉的喷嘴上，用高纯气体将其悬浮于空中，不与任何器具发生接触，待悬浮稳定后，用激光器对块状玻璃混合料进行加热使其熔化，待液态玻璃料混合均匀后，将激光器关闭，停止对其加热，液态玻璃料迅速冷却得到玻璃；
或采用火焰飘浮法制备玻璃：将步骤3)压制好的块状玻璃混合料碎成所需的粒度，并通过布料器将其均匀地投入成珠炉中，在高温火焰气流中加热熔融，在玻璃表面张力作用下形成球状的玻璃珠，停止用高温火焰气流加热，液态玻璃料迅速冷却得到玻璃；
5)热处理析晶：将步骤4)所得玻璃置于马弗炉中热处理，热处理结束后随炉冷却至室温得到透明的嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)采用台式电子压片机压片的压力为10～30MPa。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)预烧工艺条件为：室温下以2～20℃/min的速率升温至1000～1800℃，随后保温1～6小时，最后随炉冷却至室温。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述用激光器对块体状玻璃混合料进行加热的时间为3s～3min，加热温度为2000～2500K。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤5)所述热处理工艺条件为：700～1300℃下保温0.5～4h。
8.根据权利要求1或2所述的嵌有Er：YAG微晶相的近红外发光微晶玻璃作为近红外光放大器和近红外激光器增益材料的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109942193A (zh) * 2018-12-29 2019-06-28 温州大学 一种CsPb1-xTixI3红光微晶玻璃及其制备方法
CN113698197A (zh) * 2021-09-10 2021-11-26 上海交通大学 一种深过冷快速凝固法制备焦绿石结构Bi2Ti2O7陶瓷的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1785870A (zh) * 2005-10-28 2006-06-14 宁波大学 稀土离子掺杂的yag微晶玻璃及其制备方法
CN101935208A (zh) * 2010-08-06 2011-01-05 中国科学院理化技术研究所 稀土铝酸盐单相或复相纳米晶透明陶瓷材料及其制备方法
JP2014221706A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 株式会社オハラ 複合材料及びその製造方法
CN107056070A (zh) * 2017-04-01 2017-08-18 武汉理工大学 一种透明Ce：YAG玻璃陶瓷及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1785870A (zh) * 2005-10-28 2006-06-14 宁波大学 稀土离子掺杂的yag微晶玻璃及其制备方法
CN101935208A (zh) * 2010-08-06 2011-01-05 中国科学院理化技术研究所 稀土铝酸盐单相或复相纳米晶透明陶瓷材料及其制备方法
JP2014221706A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 株式会社オハラ 複合材料及びその製造方法
CN107056070A (zh) * 2017-04-01 2017-08-18 武汉理工大学 一种透明Ce：YAG玻璃陶瓷及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109942193A (zh) * 2018-12-29 2019-06-28 温州大学 一种CsPb1-xTixI3红光微晶玻璃及其制备方法
CN113698197A (zh) * 2021-09-10 2021-11-26 上海交通大学 一种深过冷快速凝固法制备焦绿石结构Bi2Ti2O7陶瓷的方法

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