CN114149174B - 吸收紫外线和蓝光的玻璃、玻璃粉末的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸收紫外线和蓝光的玻璃、玻璃粉末的制备方法及其应用，吸收紫外线和蓝光的玻璃，包括二氧化硅、氧化铈或硝酸铈、氧化钕或硝酸钕、氧化铝或硝酸铝、碱金属化合物和碱土金属化合物。采用本发明制备方法制得的玻璃粉末制备玻璃，制得的玻璃能吸收紫外线和蓝光，透明度达到80％以上，最大限度地还原光源和物体的色彩和逼真度。本发明实施例的玻璃可应用于激光器材、照明灯具玻壳以及手机屏、电脑屏、电视屏等电子设备屏幕，不会增加系统功耗。
Description
技术领域
本发明属于玻璃材料技术领域，具体涉及一种吸收紫外线和蓝光的玻璃、玻璃粉末的制备方法及其应用。
背景技术
人类的生存离不开光，我们生活和工作时刻处于光照之中，无论是自然光，还是人造光。随着科技进步，人类发现多种光源，并应用于生活和生产中，但同时也伴随着问题发生，如日光中的中短波紫外光、人造光源中的紫外光、紫光、激光、蓝光、黄光等，对人类的视力及皮肤健康造成伤害；中短波段紫外光、紫光辐射能力强，能引起角膜炎，诱发白内障，导致失明，伤害视力；还能引起皮肤黑色素沉着，引发皮肤癌。我们生活中使用的LED灯、手机、计算机、电视以及各种仪表显示屏等均含有蓝光、黄光，尤其是蓝光，经国内外科学家研究证明，400nm～450nm波长的蓝光，不仅伤害视力，还会影响人的皮肤、肌肉、骨骼等，甚至引起肥胖；其中蓝光能直接穿过眼球，照射到视网膜，引起黄斑病变，甚至导致失明，而且是不可逆的。而450nm～500nm之间的蓝光有一种调整生物节律的作用，睡眠、情绪、记忆力等都与之相关，对人体反而是有益的。
目前市场上解决蓝光危害的技术主要分以下三种：物理过滤蓝光滤镜(膜)、通过软件方式降低光源中高能蓝光的比率和调整光源蓝光峰值来降低蓝光危害。每个方案各有优缺点。物理过滤蓝光滤镜(膜)，在显示屏表面添加蓝光过滤膜，膜层颜色大多为蓝色，基本还是透明的，显示会呈现一种淡黄色的视觉效果。另一种是通过在显示屏背光模组中添加抗蓝光反射膜来吸收光源中的高能蓝光。膜层防蓝光效果相对低一点，过滤率一般在30％～70％之间；软件降低高能蓝光比率，通过特定的软件算法，降低屏幕亮度和色温，可以减少屏幕发出的蓝光。现有LED显示屏大多采用RGB三色像素，当减少蓝光时，绿色及红色光谱融合后会表现出趋近于黄色的显示效果，这样就会在显示屏的色彩还原和逼真度上产生较大的影响。调整光源蓝光峰值波长，通过微调LED背光源将蓝光峰值波长从450m变为460nm，从而大大减少蓝光对眼睛的损害。此办法可以过滤掉85％的蓝光，使得屏幕不会发黄，不过会造成系统功耗增加的问题，据业内人士透露功耗增加会在10％左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种吸收紫外线和蓝光的玻璃、玻璃粉末的制备方法及其应用，能吸收紫外光和蓝光，具有保护皮肤和视力的效果。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种吸收紫外线和蓝光的玻璃，包括二氧化硅、氧化铈或硝酸铈、氧化钕或硝酸钕、氧化铝或硝酸铝、碱金属化合物和碱土金属化合物。
作为本发明实施例的进一步改进，按照质量计份，所述二氧化硅94.836～98.5813份，氧化铈或硝酸铈0.2002～0.9752份，氧化钕或硝酸钕1.047～3.1125份，氧化铝或硝酸铝0.2038～1.028份，碱金属化合物0.0022～0.0175份，碱土金属化合物0.0035～0.0827份。
作为本发明实施例的进一步改进，所述碱金属化合物为氧化钾、硝酸钾、氧化钠和硝酸钠中的一种或任意组合。
作为本发明实施例的进一步改进，所述碱土金属化合物为氧化镁、氧化钙、氧化钡、硝酸镁、硝酸钙或硝酸钡中的一种或任意组合。
作为本发明实施例的进一步改进，所述玻璃吸收的紫外线波长为155nm～400nm；所述玻璃吸收的蓝光波长为400nm～450nm。
第二方面，本发明实施例提供一种吸收紫外线和蓝光的玻璃粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤10)将氧化钕或硝酸钕研细过筛，得到氧化钕或硝酸钕细粉；
步骤20)将氧化铈或硝酸铈，以及氧化铝或硝酸铝混合，得到混合粉末；
步骤30)将碱金属化合物和碱土金属化合物加入步骤20)得到混合粉末中，加水加热溶解，得到混合溶液；
步骤40)在步骤10)得到的氧化钕或硝酸钕细粉中加入二氧化硅，混合后研细过筛，得到混合细粉；
步骤50)将二氧化硅、步骤40)得到的混合细粉和步骤30)得到的混合溶液进行混合搅拌，得到混合物；
步骤60)将步骤50)得到的混合物进行焙烤，焙烤后得到混合粉体，将混合粉体降温。
作为本发明实施例的进一步改进，所述的制备方法还包括：所述步骤20)具体包括：将氧化铈或硝酸铈，以及氧化铝或硝酸铝混合，均分得到两组混合粉末；
所述步骤30)具体包括：将碱金属化合物和碱土金属化合物加入步骤20)得到的两组混合粉末中，分别加水加热溶解，得到两组混合溶液；
所述步骤50)具体包括：将二氧化硅倒入搅拌机中，加入步骤40)得到的混合细粉，并搅拌第一预设时间，然后添加水，并搅拌第二预设时间，接着加入步骤30)得到的其中一组混合溶液，并搅拌第三预设时间，最后加入步骤30)得到的另一组混合溶液，并搅拌第四预设时间，从而得到混合物。
作为本发明实施例的进一步改进，还包括：所述步骤40)中，氧化钕或硝酸钕细粉和二氧化硅的质量分数比为1﹕0.5～1.5。
作为本发明实施例的进一步改进，所述的制备方法还包括：
步骤70)当混合粉体的温度降到室温时，从混合粉体中取样，取样溶解后检测PH值，若检测呈酸性，则返回步骤60)，对混合粉体再次焙烤，直到检测混合粉体PH>7，得到玻璃粉末。
作为本发明实施例的进一步改进，按照质量计份，所述二氧化硅94.836～98.5813份，氧化铈或硝酸铈0.2002～0.9752份，氧化钕或硝酸钕1.047～3.1125份，氧化铝或硝酸铝0.2038～1.028份，碱金属化合物0.0022～0.0175份，碱土金属化合物0.0035～0.0827份。作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中，采用100～500目筛子过筛；所述步骤40)中，采用10～200目筛子过筛。
第三方面，本发明实施例提供一种上述吸收紫外线和蓝光的玻璃作为激光器材玻壳、照明灯具玻壳或电子设备屏幕的应用。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明实施例的玻璃及玻璃粉末的制作方法，二氧化硅中加入氧化铈或硝酸铈，可截止光线上的紫外线；加入氧化钕或硝酸钕、碱金属化合物和碱土金属化合物，碱金属化合物和碱土金属化合物调节钕离子的价态，提高钕离子的着色能力，可吸收有害的波长为400nm～450nm波段的蓝光，与此同时保留有益的波长为450nm～500nm波段的蓝光；加入碱土金属化合物，调节玻璃的酸碱度；加入氧化铝或硝酸铝，增强玻璃的强度。采用本发明实施例的制备方法制得的玻璃粉末制备玻璃，制得的玻璃能吸收紫外线和蓝光，透明度达到80％以上，最大限度地还原光源和物体的色彩和逼真度。本发明实施例的玻璃可应用于激光器材、照明灯具玻壳以及手机屏、电脑屏、电视屏等电子设备屏幕，不会增加系统功耗。
附图说明
图1为本发明对比例1制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图2为本发明对比例2制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图3为本发明对比例3制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图4为本发明实例1制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图5为本发明实例2制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图6为本发明实例3制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图7为本发明实例4制备得到的玻璃的透光光谱曲线；
图8为本发明实例5制备得到的玻璃的透光光谱曲线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明实施例提供一种吸收紫外线和蓝光的玻璃，包括二氧化硅、氧化铈或硝酸铈、氧化钕或硝酸钕、氧化铝或硝酸铝、碱金属化合物和碱土金属化合物。
上述实施例玻璃中的铈离子，能截止紫外线的短波和中长波(短波：155～202nm、253.5nm，中长波：320～400nm)，吸收率甚至可以达到99.99％，吸收紫外线能力非常强。
上述实施例玻璃中的钕离子，能过滤和吸收蓝光和黄光，但是吸收率不高。在蓝光波长432nm处有一条吸收线，但吸收量不大。本发明实施例加入碱金属化合物，碱金属化合物与水作用，产生具有强电场作用的金属阳离子和OH根离子，使得整体化合物呈碱性，碱金属化合物中的金属阳离子与氧化钕或硝酸钕水解产生的氧离子结合形成新的碱金属化合物，减弱钕离子的电场强度，改变钕着色离子周围的氧离子八面体的结构，促进配位数6的钕着色离子变成配位数4的钕着色离子，增加配位数4的钕着色离子数量，促进和提高432nm处蓝光吸收线向两侧延伸和增加吸收量，并将其吸收线控制在450nm以下，使得吸收蓝光和黄光量增强甚至可以提升到90％。碱性金属化合物在玻璃熔化过程中，易对锅炉内坩埚(钨和钼)造成腐蚀，为了保护坩埚，延长寿命，加入碱土金属化合物，调节玻璃的酸碱度，阻止碱金属化合物对坩埚的侵蚀。
本实施例的能吸收紫外线和蓝光的玻璃，玻璃中加入稀土元素铈氧化物。它能截止光线中的紫外线中的短、中波和长波。在玻璃中添加碱金属化合物调节钕离子的价态，可实现吸收蓝波波段400nm～450nm，吸收率可达到80％以上甚至90％～99.99％，与此同时保留蓝光波长450nm～500nm波段的蓝光。
本发明实施例的玻璃的透明度达到80％以上，最大限度的还原光源和物体的色彩和逼真度。
本发明实施例的玻璃可应用于激光器材玻壳、照明灯具玻壳或手机屏、电脑屏、电视屏等电子设备屏幕，也不会造成系统功耗增加的问题。
作为优选例，按照质量计份，所述二氧化硅94.836～98.5813份，氧化铈或硝酸铈0.2002～0.9752份，氧化钕或硝酸钕1.047～3.1125份，氧化铝或硝酸铝0.2038～1.028份，碱金属化合物0.0022～0.0175份，碱土金属化合物0.0035～0.0827份。
作为优选例，碱金属化合物为氧化钾、硝酸钾、氧化钠和硝酸钠中的一种或任意组合。加入多种碱金属化合物到二氧化硅粉体中，其化学反应就可以充分完成。碱土金属化合物为氧化镁、氧化钙、氧化钡、硝酸镁、硝酸钙或硝酸钡中的一种或任意组合。考虑到性能的稳定性和制作成本，优选的，碱金属化合物选用硝酸钾或硝酸钠中的一种或两种，碱土金属化合物选用硝酸镁、硝酸钙或硝酸钡中的一种或任意组合。
作为优选例，玻璃吸收的紫外线波长为155nm～400nm。玻璃吸收的蓝光波长为400nm～450nm。本实施例玻璃中的基于4价态的着色离子铈，能吸收紫外线波长155～200nm，吸收率100％；波长200～253.5nm，吸收率90％；波长320～400nm，吸收率85％。本实施例玻璃中的三氧化二钕，在与碱金属化合物、碱土金属化合物以及二氧化硅溶解、搅拌和烘焙下，反应产生新的化合物NdO2，NdO2能吸收波长为400～500nm的蓝光，在玻璃中添加碱金属化合物调节钕离子的价态，实现吸收蓝波波段400nm～450nm，吸收率可达到80％以上甚至90％～99.99％，与此同时保留蓝光波长450nm～500nm波段的蓝光。
本发明实施例还提供一种吸收紫外线和蓝光的玻璃粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤10)将氧化钕或硝酸钕研细过筛，得到氧化钕或硝酸钕细粉；
步骤20)将氧化铈或硝酸铈，以及氧化铝或硝酸铝混合，得到混合粉末；
步骤30)将碱金属化合物和碱土金属化合物加入步骤20)得到的混合粉末中，加水加热溶解，得到混合溶液；
步骤40)在步骤10)得到的氧化钕细粉中加入二氧化硅，混合后研细过筛，得到混合细粉；
步骤50)将二氧化硅、步骤40)得到的混合细粉和步骤30)得到的混合溶液进行搅拌，得到混合物；
步骤60)将步骤50)得到的混合物进行焙烤，焙烤后得到混合粉体，将混合粉体降温。
在上述溶解、搅拌和烘培过程中，碱金属化合物与水反应生成碱金属氢氧化合物，碱金属氢氧化合物分解出金属阳离子和OH-离子，碱土金属化合物与水反应生成碱土金属氢氧化合物，碱土金属氢氧化合物分解出金属阳离子和OH-离子，二氧化硅与OH-离子反应生成硅酸盐，硅酸盐再将Nd2O3氧化为四价NdO2，NdO2能吸收蓝光。采用本发明实施例的制备方法制得的玻璃粉末制备玻璃，吸收蓝光和黄光量增强甚至可以提升到90％。
例如，碱金属化合物为氧化钾，碱土金属化合物为氧化钙，发生的化学反应如下：
K2O+H2O＝2KOH，CaO+H2O＝Ca(OH)2，KOH＝K++OH-，Ca(OH)2＝Ca2++2OH-，SiO2+2OH-═SiO3 2-+H2O，2Nd2O3+SiO3 2-+O2＝4NdO2+SiO2+O2-，2K++O2-＝K2O，Ca2++O2-＝CaO，Nd2O3+H2O＝2NdO2+H2↑。
例如，碱金属化合物为硝酸钾，碱土金属化合物为硝酸钙，发生的化学反应如下：
2KNO3＝2KNO2+O2↑，2KNO2＝K2O+NO↑+NO2↑，Ca(NO3)2＝Ca(NO2)2+O2↑，Ca(NO2)2＝CaO+NO↑+NO2↑，2NO+O2＝2NO2，K2O+H2O＝2KOH，CaO+H2O＝Ca(OH)2，KOH＝K++OH-，Ca(OH)2＝Ca2++2OH-，SiO2+2OH-═SiO3 2-+H2O，2Nd2O3+SiO3 2-+O2＝4NdO2+SiO2+O2-，2K++O2-＝K2O，Ca2++O2-＝CaO，Nd2O3+H2O＝2NdO2+H2↑。
采用本发明实施例的制备方法制得的玻璃粉末制备玻璃，制得的玻璃能吸收紫外线和蓝光，透明度达到80％以上，最大限度地还原光源和物体的色彩和逼真度。
作为优选例，所述步骤20)具体包括：将氧化铈或硝酸铈，以及氧化铝或硝酸铝混合，均分得到两组混合粉末；
所述步骤30)具体包括：将碱金属化合物和碱土金属化合物加入步骤20)得到的两组混合粉末中，分别加水加热溶解，得到两组混合溶液；
所述步骤50)具体包括：将二氧化硅倒入搅拌机中，加入步骤40)得到的混合细粉，并搅拌第一预设时间，然后添加水，并搅拌第二预设时间，接着加入步骤30)得到的其中一组混合溶液，并搅拌第三预设时间，最后加入步骤30)得到的另一组混合溶液，并搅拌第四预设时间，从而得到混合物。
该优选例中，在步骤20)中，将混合粉末分为两组。在步骤30)中，将混合溶液分为两组。这使得各物质的搅拌更加充分、均匀。在步骤50)中，分两步依次加入步骤30)得到的两组混合溶液，每次加入后均搅拌一定时间，使得制备原料能够完全充分反应，后续制得的玻璃吸收紫外线和蓝光更好、更稳定。先加入一组混合溶液，再加入另一组混合溶液。这样，分散重量，便于搅拌及均匀。
优选例的，所述步骤40)中，氧化钕或硝酸钕细粉和二氧化硅的质量分数比为1﹕0.5～1.5。
作为优选例，本实施例方法还包括：
步骤70)当混合粉体的温度降到室温时，从混合粉体中取样，取样溶解后检测PH值，若检测呈酸性，则返回步骤60)，对混合粉体再次焙烤，直到检测混合粉体PH>7，得到玻璃粉末。
本发明实施例通过检测混合粉体是否存在酸性才决定是否继续烘烤，从而保证最后制得的玻璃粉末完全呈碱性，彻底将Nd2O3氧化为四价NdO2，NdO2具有吸收蓝光的特性，提高玻璃粉末对蓝光的吸收效果。
作为优选例，按照质量计份，所述二氧化硅94.836～98.5813份，氧化铈或硝酸铈0.2002～0.9752份，氧化钕或硝酸钕1.047～3.1125份，氧化铝或硝酸铝0.2038～1.028份，碱金属化合物0.0022～0.0175份，碱土金属化合物0.0035～0.0827份。
作为优选例，步骤10)中，采用100～500目筛子过筛。步骤40)中，采用10～200目筛子过筛。通过选用上述目数范围之间的筛子对原料进行过筛，使得制得的玻璃颜色均匀，否则会出现颜色深浅不均，玻璃呈淡蓝色。
本发明实施例还提供一种吸收紫外线和蓝光的玻璃制备方法，包括采用上述吸收紫外线和蓝光的玻璃粉末的制备方法制备得到玻璃粉末，将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温(1550℃～1600℃)加热,使之形成均匀、无气泡,并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成所要求形状的制品,如平板、各种器皿等，通过退火、淬火等工艺，清理或产生玻璃内部的应力、分相或晶化,以及改变玻璃的结构状态，防止自破自裂。
本发明实施例还提供一种上述吸收紫外线和蓝光的玻璃作为激光器材玻壳、照明灯具玻壳或电子设备屏幕的应用。
下面提供3个对比例和5个实例，以验证本发明玻璃的优良性能。
其中，采用NS12高精度光学透过率测量仪测试玻璃试样的透光率，方法如下：打开测试仪的电源开关，测试槽内为空，仪器首先进行自测试和自校准，时间大约为30秒钟，自校准完成以后，三个显示器的显示值都为“100”，表示无被测物时的透过率。将被测试物放入测试槽内，三个显示器分别显示被测物对红外线、可见光和紫外线的透过率，测量分辨率达到0.1％。
对比例1
以质量份计，称取Ce(NO3)3分为两组，每组0.5份；称取AL(NO3)3分为两组，每组0.47份；将两组Ce(NO3)3和AL(NO3)3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。分别向两个烧杯中加水溶解，得到两组混合溶液。称取98.06份SiO2倒入搅拌机中开动机器，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样一。
检测得到玻璃试样一对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图1所示，它能截止光线中的紫外线中的短波、中波和长波(短波：155nm～202nm、253.5nm、中长波：320～400nm)，对紫外线的透光率为9.8％，可见光区没有明显的吸收线。
对比例2
以质量份计，称取0.09份Nd2O3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取Ce(NO3)3分为两组，每组0.395份；称取AL(NO3)3分为两组，每组0.43份；将两组Ce(NO3)3和AL(NO3)3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。分别向两个烧杯中加水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入1.0份的二氧化硅，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取97.17份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段时间，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入高不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样二。
检测得到玻璃试样二对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图2所示，其对紫外线的透光率为24％，但在可见光谱区对黄光具有特征线，即在光波波长590nm左右区域出现了一条暗带，但它的能量较弱，在可见光的光谱中其它区域也有多处吸收带，在绿光区也有吸收带，但很弱。尽管如此，它的总吸收率还是大于50％。
对比例3
以质量份计，称取0.903份Nd2O3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取CeO2分为两组，每组0.256份；称取AL2O3分为两组，每组0.127份；将两组CeO2和AL2O3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。各称取0.0123份K2O分别倒入上面两个杯子中，加入200ml水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入0.96份的二氧化硅，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取97.7417份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段时间，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤。将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样三。
检测得到玻璃试验三对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图3所示，其对紫外线的透光率为6.8％，可见光区在蓝光在蓝光波长432nm处，有一条特征线，吸收率为25％，可见光区在黄光波长590nm处，有一条特征线，吸收率为13.5％。
实例1
以重量份计，称取1.047份Nd2O3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取Ce(NO3)3分为两组，每组0.475份；称取AL(NO3)3分为两组，每组0.514份；将两组Ce(NO3)3和AL(NO3)3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。各称取0.0175份KNO3和0.01份Ca(NO3)2分别倒入上面两个杯子中，加入200ml水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入0.9份的SiO2，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取94.953份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段施加，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样四。
检测得到玻璃试样四对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图4所示，其对紫外线的透光率为4.3％，可见光区在蓝光在蓝光波长432nm处，有一条特征线，吸收率为66.8％，可见光区在黄光波长590nm处，有一条特征线，吸收率为54.5％。
实例2
以重量份计，称取1.556份Nd2O3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取Ce(NO3)3分为两组，每组0.4725份；称取AL(NO3)3分为两组，每组0.5095份；将两组Ce(NO3)3和AL(NO3)3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。各称取0.0155份KNO3和0.0285份Ca(NO3)2分别倒入上面两个杯子中，加入200ml水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入0.86份的SiO2，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取93.976份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段时间，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样五。
检测得到玻璃试样五对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图5所示，其对紫外线的透光率为0.5％，可见光区在蓝光在蓝光波长432nm处，有一条特征线，吸收率为91.1％，可见光区在黄光波长590nm处，有一条特征线，吸收率为74.5％。
实例3
以重量份计，称取1.211份Nd2O3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取Ce2O3分为两组，每组0.1001份；称取AL2O3分为两组，每组0.1019份；将两组Ce2O3和AL2O3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。各称取0.0022份K2O和0.0035份CaO分别倒入上面两个杯子中，加入200ml水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入1.3682份的SiO2，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取97.2131份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段时间，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样六。
检测得到玻璃试样六对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图6所示，其对紫外线的透光率为4.96％，可见光区在蓝光在蓝光波长432nm处，有一条特征线，吸收率为78.5％，可见光区在黄光波长590nm处，有一条特征线，吸收率为59.6％。
实例4
以重量份计，称取1.236份Nd2O3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取Ce2O3分为两组，每组0.1290份；称取AL2O3分为两组，每组0.1124份；将两组Ce2O3和AL2O3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。各称取0.0113份Na NO3和0.017份MgO分别倒入上面两个杯子中，加入200ml水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入1.3763份的SiO2，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取97.0933份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段施加，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样七。
检测得到玻璃试样七对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图7所示，其对紫外线的透光率为0.52％，可见光区在蓝光在蓝光波长432nm处，有一条特征线，吸收率为83.5％，可见光区在黄光波长590nm处，有一条特征线，吸收率为65.4％。
实例5
以重量量份计，称取3.1125份Nd2(NO3)3放入研缽中研细，然后用筛子过筛，得到氧化钕细粉。称取Ce(NO3)3分为两组，每组0.4876份；称取AL(NO3)3分为两组，每组0.3987份；将两组Ce(NO3)3和AL(NO3)3分别混合倒入两个烧杯，得到两组混合粉末。各称取0.0143份NaNO3和0.0827份Mg(NO3)2分别倒入上面两个杯子中，加入200ml水溶解，得到两组混合溶液。在得到的氧化钕细粉中加入2.855份的SiO2，混合后研细过筛，得到混合细粉。称取93.0492份SiO2倒入搅拌机中开动机器，然后把混合细粉慢慢地倒入搅拌，然后用喷瓶喷入纯水150ml再搅拌，倒入第一个烧杯中的混合溶液，加完后搅拌一段施加，再加入第二个烧杯中的混合溶液，搅拌一段时间后停机，取出混合物。将混合物缓慢而均匀地加入到转炉中焙烤，将焙烤好的粉体倒入不锈钢盘中摊开冷却。将玻璃粉末在池窑或坩埚窑内进行高温加热,使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃，再将液态玻璃加工成平板，得到玻璃试样八。
检测得到玻璃试样八对紫外线、可见光的透光光谱曲线为图8所示，其对紫外线的透光率为0.45％，可见光区在蓝光在蓝光波长432nm处，有一条特征线，吸收率为97.6％，可见光区在黄光波长590nm处，有一条特征线，吸收率为86.8％。
可以看出，对比例1仅加入氧化铈，它能截止光线中的紫外线中的短波、中波和长波(短波：155～202、253.5nm、中长波：320～400nm)，吸收率甚至可以达到99.99％，但是无法吸收短波蓝光。
对比例2加入氧化铈和氧化钕，四价铈离子在玻璃中特定吸收带波长范围内，吸收紫外光能力非常强，而钕离子的化学性质及光谱特性在于，在可见光特定的光谱光谱吸收区吸收波长较为复杂，能过滤和吸收篮光和黄光，但吸收线很复杂，吸收能力也较弱，在蓝光波长432nm处有一条吸收线，但吸收量不大，在可见光区380—790nm波段，有多处吸收带，而其吸收量很少，黄光在590nm处，虽显示特征线和灵敏线，但吸收强度并不高。造成上述原因在于，钕离子的化学性质决定的，钕离子的着色能力是由钕离子所处的化合物及玻璃成分有关，钕离子周围氧原子，有对称的四面体结构，配位数4，同时有对称的八面体结构，配位数6，由于钕离子属阳离子，其电场强度及价态高，造成化合物中钕离子八面体配位数6的成分多，占优势，而四面体结构配位数4的成分趋少，又因钕离子的配位数4的成分的吸收篮、黄光能力较配位数6强，所以钕离子化合物在玻璃中，其钕离子八面体配位数6的成分多，因此吸收篮、黄光的能力被减弱。
为了提高吸收率，基于稀土元素着色钕离子的着色能力因离子的配位数及离子价不同，其显色能力不一，钕离子周围存在四面体和八面体两种结构，其配位数有4和6两种，改变配位数，将配位数6改变为配位数4，在SIO2粉体化合物中加入金属氧化物，但此氧化物的阳离子必须具有很强的电场，同时易给出游离氧，而且在玻璃结构中起到断桥键作用，出现非桥氧和桥氧数呈反比，根据离子化的非桥氧变成桥氧所不断增强的比例来评估玻璃氧化物碱性强度，当碱金属化合物加入氧化钕、氧化硅、氧化铝的化合物的粉体中，碱金属化合物与水作用，产生具有强电场作用的金属阳离子和OH根离子，这时整体化合物呈碱性，碱金属化合物中的阳离子与氧化钕水解产生的氧离子结合形成新的碱金属化合物，在烘培及熔融状态下，化合物中，配位数6的着色离子变成配位数4的着色离子，随着化合物中配位数4的着色离子量增多，其吸收篮、黄光量增强甚至可以提升到90％以上。对比例3中添加了氧化钾，得到的玻璃试样三对短波蓝光的吸收明显增强，但是碱性金属化合物在石英玻璃熔化过程中，易对锅炉内坩埚(钨和钼)造成腐蚀。
为了保护坩埚，延长寿命，采取下列措施：1、减少碱金属化合物的量，增加碱土金属化合物的量，调节玻璃酸碱度；2、在玻璃熔制过程中，加入好的保护气体，阻止碱金属化合物对坩埚的侵蚀。在实例1中加入了硝酸钙，调节了玻璃的酸碱度的同时又防止了坩埚的腐蚀。氧化钕含量的增加提高了对蓝光的吸收率，增加着色钕离子氧化物的量以及碱金属和碱土金属化合物的量，提高玻璃吸收蓝光、黄光的量。
实例1～实例5通过加入氧化铈或硝酸铈，氧化钕或硝酸钕，氧化铝或硝酸铝，碱金属化合物以及碱土金属化合物，得到的玻璃试样对短波蓝光的吸收率均比对比例1～对比例3高。尤其实例2和实例5，通过调节各组分的质量份数，得到的玻璃试样五对短波蓝光的吸收率可达到90％以上。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种吸收紫外线和蓝光的玻璃，其特征在于，包括二氧化硅、氧化铈或硝酸铈、氧化钕或硝酸钕、氧化铝或硝酸铝、碱金属化合物和碱土金属化合物；
按照质量计份，所述二氧化硅94.836～98.5813份，氧化铈或硝酸铈0.2002～0.9752份，氧化钕或硝酸钕1.047～3.1125份，氧化铝或硝酸铝0.2038～1.028份，碱金属化合物0.0022～0.0175份，碱土金属化合物0.0035～0.0827份；
所述玻璃吸收的紫外线波长为155nm～400nm；所述玻璃吸收的蓝光波长为400nm～450nm。
2.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述碱金属化合物为氧化钾、硝酸钾、氧化钠和硝酸钠中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述碱土金属化合物为氧化镁、氧化钙、氧化钡、硝酸镁、硝酸钙或硝酸钡中的一种或任意组合。
4.一种吸收紫外线和蓝光的玻璃粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10）将氧化钕或硝酸钕研细过筛，得到氧化钕或硝酸钕细粉；
步骤20）将氧化铈或硝酸铈，以及氧化铝或硝酸铝混合，得到混合粉末；
步骤30）将碱金属化合物和碱土金属化合物加入步骤20）得到的混合粉末中，加水加热溶解，得到混合溶液；
步骤40）在步骤10）得到的氧化钕或硝酸钕细粉中加入二氧化硅，混合后研细过筛，得到混合细粉；
步骤50）将二氧化硅、步骤40）得到的混合细粉和步骤30）得到的混合溶液进行混合搅拌，得到混合物；
步骤60）将步骤50）得到的混合物进行焙烤，焙烤后得到混合粉体，将混合粉体降温；
步骤70）当混合粉体的温度降到室温时，从混合粉体中取样，取样溶解后检测pH 值，若检测呈酸性，则返回步骤60），对混合粉体再次焙烤，直到检测混合粉体pH >7，得到玻璃粉末；
按照质量计份，所述二氧化硅94.836～98.5813份，氧化铈或硝酸铈0.2002～0.9752份，氧化钕或硝酸钕1.047～3.1125份，氧化铝或硝酸铝0.2038～1.028份，碱金属化合物0.0022～0.0175份，碱土金属化合物0.0035～0.0827份。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤20）具体包括：将氧化铈或硝酸铈，以及氧化铝或硝酸铝混合，均分得到两组混合粉末；
所述步骤30）具体包括：将碱金属化合物和碱土金属化合物加入步骤20）得到的两组混合粉末中，分别加水加热溶解，得到两组混合溶液；
所述步骤50）具体包括：将二氧化硅倒入搅拌机中，加入步骤40）得到的混合细粉，并搅拌第一预设时间，然后添加水，并搅拌第二预设时间，接着加入步骤30）得到的其中一组混合溶液，并搅拌第三预设时间，最后加入步骤30）得到的另一组混合溶液，并搅拌第四预设时间，从而得到混合物。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤40）中，氧化钕或硝酸钕细粉和二氧化硅的质量分数比为1﹕0.5～1.5。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤10）中，采用100～500目筛子过筛；所述步骤40）中，采用10～200目筛子过筛。
8.一种权利要求1所述的吸收紫外线和蓝光的玻璃作为激光器材玻壳、照明灯具玻壳或电子设备屏幕的应用。
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