CN108975690B - 一种发白光玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发白光玻璃，其由基础物和掺杂物制成，所述基础物由B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3组成，所述掺杂物为含Pr3+的化合物和含Dy3+的化合物；Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的0.4％～2.4％，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6％～1.6％。制备方法：按计量比称取基础物和掺杂物，混合均匀后，加热至呈熔融态的玻璃液；将其倒在预热至470℃～500℃的模具中，玻璃液在模具中成型为玻璃，最后退火、冷却，即得。该发白光玻璃在波长为443nm的光波激发下发出白光，发光效率高，色温合适，并且制备方法简便，生产效率高，成本低，可应用于白光照明等领域。

Description

一种发白光玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于发白光材料技术领域，具体涉及一种发白光玻璃及其制备方法。
背景技术
众所周知，B2O3是一个良好的玻璃形成剂，并且可以单独形成具有良好的透明度、较高的化学耐久性、较好的热稳定性和良好的稀土离子溶解性的玻璃。然而，通常情况下氧化硼玻璃具有较高的声子能量，不能抑制非辐射衰变过程，因而强烈地减弱了(掺加的)稀土离子的发光强度。加入重金属氧化物到B2O3玻璃中可以大大降低其声子能量，因而可以拓展该类玻璃的适用范围。Bi2O3是一种重金属氧化物，具有高极化率，从而不能单独形成玻璃；然而，在一个良好的玻璃形成剂比如B2O3的存在下，它使玻璃具有较小的声子能量。此外，含铋的玻璃可以在近红外宽带区域发光，这可以应用在通讯、可调谐光纤激光器和光谱转换器领域。近年来，含ZnO的玻璃已经引起了科学界的关注，因为它能够提高化学稳定性，并且具有降低玻璃热膨胀的作用。ZnO可降低玻璃的高温粘度，尽管很多氧化物都能够降低玻璃的高温粘度，但碱金属和碱土金属在很多特种玻璃里都不适宜加入量过多，甚至不能有(碱土金属好些)；另一方面，ZnO能够提高玻璃的耐腐蚀性能。ZnO在玻璃中的作用机理同Al2O3类似，为网络中间体，但对网络的补强作用不如氧化铝，也正是因为氧化锌对网络的补强作用不是太大(场强相对小)，所以氧化锌在玻璃中的引入量可以很大。
白光的应用非常广泛，如白光照明等，从光的效果来看，白光下视物清晰，感觉是在白天一样(一般把色温在6700K的光叫日光)。目前，实现白光的方法主要有三种：1、通过LED红绿蓝的三基色多芯片组合发光合成白光。优点：效率高、色温可控、显色性较好。缺点：三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较高。2、蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光，为改善显色性能还可以在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉。优点：效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好。缺点：一致性差、色温随角度变化。3、紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。优点：显色性好、制备简单。缺点：目前，LED芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，荧光粉温度稳定性问题有待解决。
白光的应用领域非常广泛，由于现有的发白光材料还有一些明显的缺点，故开发新的发白光材料很有必要。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种共掺Pr3+和Dy3+的ZnAlBiB(ZnO-Al2O3-Bi2O3-B2O3)发白光玻璃，其在波长为443nm的光波激发下发出白光，其CIE(色度图)坐标值为(x＝0.3011,y＝0.3346)，色温为6845K，该玻璃可应用于白光照明等领域，并且该白光纯正，发光效率高，色温合适。
本发明的第二目的在于提供上述发白光玻璃的制备方法，所述的制备方法(及成分配比)能充分发挥Pr3+和Dy3+的发光效应，并且生产效率高，成本低。
为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
一种发白光玻璃，其由基础物和掺杂物制成，所述基础物由B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3组成，所述掺杂物为含Pr3+的化合物和含Dy3+的化合物；Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的0.4％～2.4％，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6％～1.6％。
进一步，所述基础物中，B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3的摩尔比为57：20：8：15。此成分比例下，材料发白光的效果最好。
进一步，所述含Pr3+的化合物为Pr2O3，所述含Dy3+的化合物为Dy2O3。
进一步，所述Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的1.0％～2.0％。
进一步，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的1.0％～1.6％。
上述发白光玻璃的制备方法，包括如下步骤：
(1)按计量比称取基础物和掺杂物，混合均匀后，加热至呈熔融态的玻璃液；
(2)将玻璃液倒在预热至470℃～500℃的模具中，玻璃液在模具中成型为玻璃，最后退火、冷却，即得。
进一步，步骤(1)中，所述加热至熔融态的方法为：以3～5℃/min升温速率升温至1280～1320℃，在此温度保温0.3～0.5h。
进一步，步骤(2)中，所述退火的方法为：在500～550℃下保温0.5～1.0h。该退火方法能充分消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使该玻璃具有更均匀、稳定的发光性能。
本发明的有益效果：
本发明将Pr3+离子和Dy3+离子同时掺杂在B2O3-ZnO-Al2O3-Bi2O3基质中，该基质可以使共掺的Pr3+离子和Dy3+离子同时高效发光，并且它们的发光共同形成了白光，该发白光玻璃发光效率高，色温合适，并且制备方法简便，生产效率高，成本低，可应用于白光照明等领域。
附图说明
图1为实施例1制得的玻璃在443nm氙灯激发下的发射光谱；
图2为实施例1制得的玻璃CIE坐标位置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种发白光玻璃，其由基础物和掺杂物制成，所述基础物由摩尔比为57：20：8：15的B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3组成，所述掺杂物为含Pr3+的化合物(Pr2O3)和含Dy3+的化合物(Dy2O3)；Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的1.6％，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的1.6％。该发白光玻璃的组成为：57B2O3+20ZnO+8Al2O3+15Bi2O3+0.8Pr2O3+0.8Dy2O3。
上述发白光玻璃的制备方法：
(1)采用B2O3、ZnO、Al2O3、Bi2O3、Pr2O3、Dy2O3作原料，按摩尔数57：20：8：15：0.8：0.8进行配料，放入研钵内研磨一段时间使其充分混合均匀，将研磨均匀的原料倒入刚玉坩埚中，然后将密封的刚玉坩埚放入高温炉中加热，高温炉以5℃/min升温速率升温至1300℃，在此温度保温0.5h，得到呈熔融状态的玻璃液；
(2)将呈熔融状态的玻璃液倒入事先在500℃预热20min的模具中，待成型后将样品和模具一起放入530℃的高温炉中保温0.5h进行退火，然后自然冷却至室温，即得。
切割出1cm×1cm的玻璃样品，磨至3mm厚，并将表面抛光，将玻璃样品在荧光光谱仪上测试室温发射光谱，泵浦源采用发射波长为443nm的氙灯，测试结果如图1所示，发射光谱的峰值波长位于483nm、575nm、670nm处。该发光在CIE图上位于白光区，CIE坐标值为(x＝0.3011,y＝0.3346)，色温为6845K，如图2所示。
实施例2
一种发白光玻璃，其由基础物和掺杂物制成，所述基础物由摩尔比为57：20：8：15的B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3组成，所述掺杂物为含Pr3+的化合物(Pr2O3)和含Dy3+的化合物(Dy2O3)；Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的0.4％，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6％。该发白光玻璃的组成为：57B2O3+20ZnO+8Al2O3+15Bi2O3+0.2Pr2O3+0.3Dy2O3。
上述发白光玻璃的制备方法：
(1)采用B2O3、ZnO、Al2O3、Bi2O3、Pr2O3、Dy2O3作原料，按摩尔数57：20：8：15：0.2：0.3进行配料，放入研钵内研磨一段时间使其充分混合均匀，将研磨均匀的原料倒入刚玉坩埚中，然后将密封的刚玉坩埚放入高温炉中加热，高温炉以5℃/min升温速率升温至1280℃，在此温度保温0.5h，得到呈熔融状态的玻璃液；
(2)将呈熔融状态的玻璃液倒入事先在470℃预热20min的模具中，待成型后将样品和模具一起放入500℃的高温炉中保温0.5h进行退火，然后自然冷却至室温，即得。
切割出1cm×1cm的玻璃样品，磨至3mm厚，并将表面抛光，将玻璃样品在荧光光谱仪上测试室温发射光谱，泵浦源采用发射波长为443nm的氙灯，测试结果为：发射光谱的峰值波长位于484nm、573nm、670nm处。该发光在CIE图上位于白光区，CIE坐标值为(x＝0.3023,y＝0.3415)，色温为6716K。
实施例3
一种发白光玻璃，其由基础物和掺杂物制成，所述基础物由摩尔比为57：20：8：15的B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3组成，所述掺杂物为含Pr3+的化合物(Pr2O3)和含Dy3+的化合物(Dy2O3)；Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的2.4％，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的1.6％。该发白光玻璃的组成为：57B2O3+20ZnO+8Al2O3+15Bi2O3+1.2Pr2O3+0.8Dy2O3。
上述发白光玻璃的制备方法：
(1)采用B2O3、ZnO、Al2O3、Bi2O3、Pr2O3、Dy2O3作原料，按摩尔数57：20：8：15：1.2：0.8进行配料，放入研钵内研磨一段时间使其充分混合均匀，将研磨均匀的原料倒入刚玉坩埚中，然后将密封的刚玉坩埚放入高温炉中加热，高温炉以5℃/min升温速率升温至1320℃，在此温度保温0.5h，得到呈熔融状态的玻璃液；
(2)将呈熔融状态的玻璃液倒入事先在500℃预热20min的模具中，待成型后将样品和模具一起放入550℃的高温炉中保温0.5h进行退火，然后自然冷却至室温，即得。
切割出1cm×1cm的玻璃样品，磨至3mm厚，并将表面抛光，将玻璃样品在荧光光谱仪上测试室温发射光谱，泵浦源采用发射波长为443nm的氙灯，测试结果为：发射光谱的峰值波长位于483nm、574nm、671nm处。该发光在CIE图上位于白光区，CIE坐标值为(x＝0.2976,y＝0.3292)，色温为6882K。
值得说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种发白光玻璃，其由基础物和掺杂物制成，其特征在于，所述基础物由B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3组成，所述掺杂物为含Pr3+的化合物和含Dy3+的化合物；Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的0.4%~2.4%，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6%~1.6%；所述基础物中，B2O3、ZnO、Al2O3和Bi2O3的摩尔比为57：20：8：15。
2.如权利要求1所述的发白光玻璃，其特征在于，所述含Pr3+的化合物为Pr2O3，所述含Dy3+的化合物为Dy2O3。
3.如权利要求1所述的发白光玻璃，其特征在于，所述Pr3+的摩尔数占基础物总摩尔数的1.0%~2.0%。
4.如权利要求1或2或3所述的发白光玻璃，其特征在于，Dy3+的摩尔数占基础物的总摩尔数的1.0%~1.6%。
5.权利要求1至4任一项所述发白光玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按计量比称取基础物和掺杂物，混合均匀后，加热至呈熔融态的玻璃液；
（2）将玻璃液倒在预热至470℃~500℃的模具中，玻璃液在模具中成型为玻璃，最后退火、冷却，即得；
步骤（1）中，所述加热至熔融态的方法为：以3~5℃/min升温速率升温至1280~1320℃，在此温度保温0.3~0.5h；
步骤（2）中，所述退火的方法为：在500~550℃下保温0.5~1.0h。
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