CN108996904A - 一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，属于发光材料技术领域，该发光玻璃是由基础物和掺杂物制成，基础物包括SiO₂、B₂O₃和BaO，掺杂物为含Eu³⁺、Pr³⁺的化合物，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.4％～1.2％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.3％～1.0％。该发光玻璃在395nm波长光激发下可发出白光，而且发光效率高、色温合适。本发明的发光玻璃的制备方法能充分发挥Eu³⁺、Pr³⁺离子的发光效应，并且生产效率高、成本低。

Description

一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃及其制备方法。

背景技术

由于玻璃在从紫外到可见光再到红外的波长区域范围内具有高透明度和各向同性的性质，所以很早之前就被用作光学材料。根据配料的不同，发光玻璃的基体可以划分为氧化物玻璃、硫系玻璃、氟化物玻璃等。在可见发光的波段，一般选择硅酸盐或硼硅酸盐玻璃作为发光玻璃的基质。

SiO₂是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品和耐火材料的重要原料。尤其对于玻璃工业来说，SiO₂是最重要的玻璃形成剂。硅酸盐玻璃的物理化学性质稳定，光学性能优良，因此SiO₂是很多光学玻璃的重要原料。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。BaO在玻璃中属于网络变性体，BaO可以降低玻璃形成中的黏度，使玻璃易于熔制，起着良好的助熔作用；加入BaO能增加玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性。

稀土发光玻璃的研究主要集中在以下三个方面：(1)基质材料的选择，选择合适的基质材料可以令玻璃的发光性能更加优异；(2)稀土共同掺杂的种类及各自所占比例的选择；(3)玻璃制备工艺的改善，不同工艺条件制成的玻璃的发光性能会有很大的差别。

尽管近年来稀土发光材料凭借其优异的发光性能已经成为发光材料的主流，但仍然得面对一些问题，例如，应用稀土发光材料制成的产品的价格不低，这极大地影响了稀土发光材料的普及率，所以当务之急是如何提高稀土发光材料产品的性能以提高其性价比从而可以被广泛使用。以白光LED的发展为例，作为一种新型全固态的照明光源，白光LED近年来发展迅速，深受重视。尽管白光LED照明产品价格比普通照明产品高，但凭借其巨大的性能优势(寿命长，效率高，安全性高，环保无污染等)得到了人们的认可。如何使稀土发光材料更加高效、节能、环保成为了每一位从事稀土光学研究的科研工作者共同努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，在395nm波长光激发下可发出白光，而且发光效率高、色温合适(约5500K)。

本发明的另一目的在于提供上述共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃的制备方法，是对特定原料比的原料加热、倒入模具、成型，再采用特定的工艺条件退火、冷却，该制备方法能充分发挥Eu³⁺、Pr³⁺离子的发光效应，并且生产效率高、成本低。

技术方案

一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，由基础物和掺杂物制成，所述基础物包括SiO₂、B₂O₃和BaO，所述掺杂物为含Eu³⁺、Pr³⁺的化合物，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.4％～1.2％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.3％～1.0％。

进一步，所述基础物中，SiO₂、B₂O₃和BaO的摩尔数比为45～55：20～25：25～30。该基础物可以在合适的激发光激发下，使Eu³⁺、Pr³⁺离子同时发光，并且该两种离子的发光形成了白光，而且发光效率高，色温合适。

进一步，所述含Eu³⁺的化合物为Eu₂O₃，所述含Pr³⁺的化合物为Pr₂O₃。

进一步，所述Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6％～1.0％。在此掺杂浓度范围内，该发光玻璃的发光性能最好，应用于工业中的性价比较高。

进一步，所述Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.5％～0.8％。在此掺杂浓度范围内，此发光玻璃的发光性能最好，应用于工业中的性价比较高。

上述共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(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400℃～450℃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，所述加热的方法为：将混合物以5℃/min～7℃/min的升温速率升温至1300℃～1340℃，并保温0.5h～1.0h。

进一步，步骤(2)中，所述退火的方法为：将装有玻璃的模具置于460℃～500℃下保温0.5h～1.0h。该退火方法能充分消除玻璃内的残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使玻璃具有更均匀、稳定的发光性能，以及发光效率较高的优异特点。

本发明的有益效果是：

本发明的发光玻璃由基础物和掺杂物制成，基础物包括SiO₂、B₂O₃和BaO，掺杂物为含Eu³⁺、Pr³⁺的化合物，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.4％～1.2％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.3％～1.0％。本发明在SiO₂-B₂O₃-BaO系基质中掺杂Eu³⁺、Pr³⁺之后，在395nm波长光激发下可发出白光，而且发光效率高、色温合适(约5500K)，综合性能优良，另外，本发明的制备方法能充分发挥Eu³⁺、Pr³⁺离子的发光效应，并且生产效率高、成本低。

附图说明

图1为实施例1制得的发光玻璃在395nm波长光激发下的发射光谱；

图2为实施例1制得的发光玻璃发出的白光在CIE1931色度图中的位置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例将对本的技术方案进行清楚、完整地描述。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

一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，由基础物和掺杂物制成，所述基础物由SiO₂、B₂O₃和BaO组成，SiO₂、B₂O₃和BaO的摩尔数比为50：20：30，所述掺杂物为Eu₂O₃和Pr₂O₃，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.8％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6％。该发光玻璃的组成为50SiO₂-20B₂O₃-30BaO-0.4Eu₂O₃-0.3Pr₂O₃。

上述发光玻璃的制备方法：

(1)采用SiO₂、B₂O₃、BaO、Eu₂O₃、Pr₂O₃作原料(SiO₂、B₂O₃、BaO为基础物，Eu₂O₃、Pr₂O₃为掺杂物)，按SiO₂、B₂O₃、BaO、Eu₂O₃和Pr₂O₃的摩尔数比为50：20：30：0.4：0.3进行配料，充分混合均匀，然后倒入刚玉坩埚中，将密封的刚玉坩埚放入高温炉中加热，以6℃/min升温速率升温至1340℃，在此温度保温1.0h，此时刚玉坩埚内的样品为呈熔融态的玻璃液。

(2)将玻璃液倒入事先在450℃预热20min的模具中，成型为玻璃，将装有玻璃的模具放入470℃的高温炉中保温1.0h进行退火，然后自然冷却至室温，将玻璃样品由模具中取出，即得。

在制得的玻璃样品中切割出1cm×1cm的玻璃块，磨至4mm厚，并将表面抛光，将其在荧光光谱仪上测试室温发射光谱，采用氙灯作为泵浦源照射玻璃，当激发波长为395nm时，其发射光谱测试结果如图1所示。其发出的白光在CIE1931色度图中的位置(x＝0.3306,y＝0.3562)如图2所示。

实施例2

一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，由基础物和掺杂物制成，所述基础物由SiO₂、B₂O₃和BaO组成，SiO₂、B₂O₃和BaO的摩尔数比为45：25：30，所述掺杂物为Eu₂O₃和Pr₂O₃，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.4％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.3％。该发光玻璃的组成为45SiO₂-25B₂O₃-30BaO-0.2Eu₂O₃-0.15Pr₂O₃。

上述发光玻璃的制备方法：

(1)采用SiO₂、B₂O₃、BaO、Eu₂O₃、Pr₂O₃作原料(SiO₂、B₂O₃、BaO为基础物，Eu₂O₃、Pr₂O₃为掺杂物)，按SiO₂、B₂O₃、BaO、Eu₂O₃和Pr₂O₃的摩尔数比为45：25：30：0.2：0.15进行配料，充分混合均匀，然后倒入刚玉坩埚中，将密封的刚玉坩埚放入高温炉中加热，以6℃/min升温速率升温至1320℃，在此温度保温1.0h，此时刚玉坩埚内的样品为呈熔融态的玻璃液。

(2)将玻璃液倒入事先在430℃预热20min的模具中，成型为玻璃，将装有玻璃的模具放入460℃的高温炉中保温1.0h进行退火，然后自然冷却至室温，将玻璃样品由模具中取出，即得。

在制得的玻璃样品中切割出1cm×1cm的玻璃块，磨至4mm厚，并将表面抛光，将其在荧光光谱仪上测试室温发射光谱，采用氙灯作为泵浦源照射玻璃，当激发波长为395nm时，其发出的白光在CIE1931色度图中的位置为(x＝0.3218,y＝0.3591)。

实施例3

一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，由基础物和掺杂物制成，所述基础物由SiO₂、B₂O₃和BaO组成，SiO₂、B₂O₃和BaO的摩尔数比为55：20：25，所述掺杂物为Eu₂O₃和Pr₂O₃，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的1.2％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的1.0％。该发光玻璃的组成为55SiO₂-20B₂O₃-25BaO-0.6Eu₂O₃-0.5Pr₂O₃。

上述发光玻璃的制备方法：

(1)采用SiO₂、B₂O₃、BaO、Eu₂O₃、Pr₂O₃作原料(SiO₂、B₂O₃、BaO为基础物，Eu₂O₃、Pr₂O₃为掺杂物)，按SiO₂、B₂O₃、BaO、Eu₂O₃和Pr₂O₃的摩尔数比为55：20：25：0.6：0.5进行配料，充分混合均匀，然后倒入刚玉坩埚中，将密封的刚玉坩埚放入高温炉中加热，以6℃/min升温速率升温至1310℃，在此温度保温1.0h，此时刚玉坩埚内的样品为呈熔融态的玻璃液。

(2)将玻璃液倒入事先在450℃预热20min的模具中，成型为玻璃，将装有玻璃的模具放入480℃的高温炉中保温1.0h进行退火，然后自然冷却至室温，将玻璃样品由模具中取出，即得。

在制得的玻璃样品中切割出1cm×1cm的玻璃块，磨至4mm厚，并将表面抛光，将其在荧光光谱仪上测试室温发射光谱，采用氙灯作为泵浦源照射玻璃，当激发波长为395nm时，其发出的白光在CIE1931色度图中的位置为(x＝0.3185,y＝0.3534)。

以上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。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (8)

1.一种共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，由基础物和掺杂物制成，其特征在于，所述基础物包括SiO₂、B₂O₃和BaO，所述掺杂物为含Eu³⁺、Pr³⁺的化合物，Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.4％～1.2％，Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.3％～1.0％。

2.如权利要求1所述的共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，其特征在于，所述基础物中，SiO₂、B₂O₃和BaO的摩尔数比为45～55：20～25：25～30。

3.如权利要求1所述的共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，其特征在于，所述含Eu³⁺的化合物为Eu₂O₃，所述含Pr³⁺的化合物为Pr₂O₃。

4.如权利要求1所述的共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，其特征在于，所述Eu³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.6％～1.0％。

5.如权利要求1或2或3或4所述的共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃，其特征在于，所述Pr³⁺的摩尔数占基础物的总摩尔数的0.5％～0.8％。

6.权利要求1至5任一项所述共掺Eu、Pr离子的硅酸钡发光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(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400℃～450℃的模具中，玻璃液在模具中成型为玻璃，最后退火、冷却，即得。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的方法为：将混合物以5℃/min～7℃/min的升温速率升温至1300℃～1340℃，并保温0.5h～1.0h。

8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述退火的方法为：将装有玻璃的模具置于460℃～500℃下保温0.5h～1.0h。