CN1974449A - 一种掺钐离子的转光玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掺钐离子的转光玻璃及其制备方法。该转光玻璃以普通硅酸盐或硼硅酸盐为基质，以稀土Sm³⁺为激活离子，以稀土离子和金属离子中的一种或两种为敏化剂；其组成为玻璃基质粉、yRe₂O_b和xSm₂O₃，其中，以摩尔份数计，x为0.2～1.5，y为0～2。其制造方法是按照玻璃粉末与激活离子、敏化剂的摩尔百分比称取各原料，混合均匀后，使用传统的坩埚浇注方法或者浮法工艺进行玻璃熔制、澄清；再把玻璃液浇注成型，在450～650℃下退火直至室温。该转光玻璃能将紫外光转成红光，促进植物光合作用。

Description

一种掺钐离子的转光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种掺钐离子的转光玻璃，具体是指一种把太阳光中的紫外光转换成有利于植物生长的红光的农用转光玻璃。

背景技术

近年来，各种转光膜在农业上得到了广泛的应用，转光膜的主要作用有两个方面：一是把日光中的紫外线转化成能被植物利用的红橙光，从而更有利于植物叶绿素吸收，使光能利用率提高，促进植物油脂早熟，增产增收；二是增温调温。中国发明专利CN1105040A，CN1122814A，CN1132219A公开了稀土铕有机配合物在农膜中的应用，这些专利都是粉末发光材料以及添加了这些粉末材料的有机高分子薄膜，但有机配合物的荧光衰减很快而且这种农膜后加工性能较差，易造成环境污染，不利于社会发展的需要；中国发明专利CN1332126A公开了以稀土铕离子为激活剂、以硼酸盐玻璃为载体的农用转光材料，但实现其转换效能的硼酸盐玻璃化学稳定性差且成本高，影响了其在实际中的应用。另外，上述现有的农用转光材料均以铕离子为激活剂、其在红橙光的中心波长为601nm，越来越多的农用实验表明：Eu(III)配合物的荧光发射光谱与叶绿素的吸收光谱明显不能吻合，叶绿素对Eu(III)配合物转换光的吸收少，植物光合作用对转换光的利用率低，Eu(III)在农业中的应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术转光材料的荧光发射光谱与农作物叶绿素吸收不相吻合，后加工性能差，化学稳定性差的缺点，提供一种能有效的将近紫外光转换成有利于植物吸收的红橙光的掺钐离子的转光玻璃。

本发明的另一目的在于提供上述掺钐离子的转光玻璃的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种掺钐离子的转光玻璃，以普通硅酸盐或硼硅酸盐为基质，以稀土Sm³⁺为激活离子，以稀土离子和金属离子中的一种或两种为敏化剂；其组成为玻璃基质粉、yRe_aO_b和xSm₂O₃，其中，以摩尔份数计，x为0.2～1.5，y为0～2；Re为金属离子或/和稀土离子，所述金属离子包括Mn²⁺和Bi³⁺；所述稀土离子包括Ce³⁺、Eu³⁺、Yb³⁺、Pr³⁺、La³⁺、Nd³⁺、Gd³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺和Y³⁺；所述b为1或3。

所述掺钐离子的转光玻璃的激发波长在250～420nm，发射波长在560～750nm。

掺钐离子的转光玻璃的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)按照玻璃粉末与激活离子、敏化剂的摩尔百分比称取各组分的碳酸盐或氧化物作为原料；

(2)将上述原料混合均匀后，使用传统的坩埚浇注方法或者浮法工艺进行玻璃熔制、澄清；

(3)将澄清后的玻璃液浇注成型，在450～650℃下退火直至室温。

为了更好得实现本发明，所述转光玻璃在熔制过程中在弱还原气氛下进行。

本发明的掺钐离子的转光玻璃可以直接制造成各种形式的玻璃，用于建造各种类型的农用设施。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)该发明制备的转光玻璃的发射波长在560～750nm，更有效于植物叶绿素吸收，促进增产增收；

(2)基质材料稳定性好，成本低，可以使用十年以上，而且可以后加工重新利用，更有利于环保；

(3)现有的大规模的温室大棚都是由玻璃做成，适用面极广。

附图说明

图1是实施例1制备的转光玻璃A的激发光谱图；图中实线为Em＝601nm，虚线为Em＝647nm。

图2是实施例1制备的转光玻璃样品A的发射光谱图，其激发波长为402nm。

图3：实施例2和实施例3制备的转光玻璃璃样品B、C的发射光谱图，激发波长为339nm。其中实线是样品B掺Ce的发射光谱；虚线是样品C双掺Ce/Sm的发射光谱。

图4：实施例4制备的转光玻璃样品D的发射光谱图，激发波长为408nm。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1：

按照摩尔份数计的下列组分：71SiO₂、13.5Na₂O、10CaO、3MgO、0.5Al₂O₃、1.5K₂O、0.5Sm₂O₃，分别称取SiO₂ 34.67g、Na₂CO₃11.62g、CaCO₃8.12g、MgO0.98g、Al₂O₃0.41g、K₂CO₃1.67g、Sm₂O₃1.41g，将上述原料研磨均匀后，放入坩埚中于1550℃熔制1.5小时，待玻璃澄清后在250℃模具中成型，然后放入600℃的马弗炉中以3℃/min退火至室温，获得掺钐离子的转光玻璃，将所述样品抛光后得转光玻璃样品A，其样品测量、数据分析情况如下。

图1是本实施例制备的掺钐离子的转光玻璃激发光谱，图1中的实线为波长为601nm的激发光谱，虚线为波长为647nm的激发光谱；图2是本实施例制备的掺钐离子的转光玻璃发射光谱。如图1所示，本实施例制备的掺钐离子的转光玻璃有效吸收紫外光，波长范围为350～420nm。如图2所示，本实施例制备的掺钐离子的转光玻璃能有效将紫外光转换成红光，其中心波长为601nm、647nm。

实施例2：

按照摩尔份数计的下列组分：71.5SiO₂、12 B₂O₃、10Na₂O、5BaO、1La₂O₃、0.5Sm₂O₃，分别称取SiO₂ 30.60g，H₃B₂O₃ 6.20g、Na₂CO₃ 7.54g、Ba₂CO₃7.02g、La₂O₃2.31g、Sm₂O₃1.24g，将上述原料研磨均匀后，放入坩埚中，在通入氢气的弱还原气氛下1480℃熔制2.5小时，待玻璃澄清后在200℃模具中成型，然后放入600℃的马弗炉中以3℃/min退火至室温，获得掺钐离子的转光玻璃，抛光后，得到玻璃样品B。

玻璃样品B在339nm激发下发射光谱如图3实线所示，从图3可见实施例2制备的掺钐离子的转光玻璃能有效将紫外光转换成红光，其中心波长为601nm、647nm。

实施例3：

按照摩尔份数计的下列组分：71SiO₂、12B₂O₃、10Na₂O、5BaO、1La₂O₃、0.5CeO₂、0.5Sm₂O₃，分别称取SiO₂ 30.15g，H₃B₂O₃ 6.15g、Na₂CO₃ 7.48g、Ba₂CO₃6.96g、La₂O₃2.29g、Ce₂O₃0.6g、Sm₂O₃1.23g，将上述原料研磨均匀后，放入坩埚中，在通入二氧化硫气体的弱还原气氛下1480℃熔制2.5小时，待玻璃澄清后在250℃模具中成型，然后放入540℃的马弗炉中以3℃/min退火至室温，获得掺钐离子的转光玻璃，抛光后，得到玻璃样品C。

玻璃样品C在339nm激发下发射光谱如图3虚线所示，从图3可见实施例3制备的掺钐离子的转光玻璃能有效将紫外光转换成红光，其中心波长为601nm、647nm。由图3还可以看出，加入Ce³⁺后此发明的转光玻璃将紫外光转换成红光能力大大加强。

实施例4：

按照摩尔份数计的下列组分：69.64SiO₂、10ZnO、14Na₂O、Al₂O₃、5K₂O、0.06MnO、0.3Sm₂O₃，分别称取SiO₂31.98g，ZnO6.2g、Na₂CO₃11.3g、Al₂O₃0.77g、K₂CO₃5.25g、MnCO₃0.04g、Sm₂O₃0.79g，将上述原料研磨均匀后，放入坩埚中，在加入碳粉的弱还原气氛下1600℃熔制2小时，待玻璃澄清后在320℃模具中成型，然后放入600℃的马弗炉中以3℃/min退火至室温，获得掺钐离子的转光玻璃，抛光后，得到玻璃样品D。

玻璃样品D在408nm激发下发射光谱如图4所示。从图4可见实施例4制备的掺钐离子的转光玻璃能有效将紫外光转换成红光，其中心波长为601nm、647nm。

Claims (4)

1、一种掺钐离子的转光玻璃，其特征在于：以普通硅酸盐或硼硅酸盐为基质，以稀土Sm³⁺为激活离子，以稀土离子和金属离子中的一种或两种为敏化剂；其组成为玻璃基质粉、yRe₂O_b和xSm₂O₃，其中，以摩尔份数计，x为0.2～1.5，y为0～2；Re为金属离子或/和稀土离子，所述金属离子包括：Mn²⁺和Bi³⁺；所述稀土离子包括Ce³⁺、Eu³⁺、Yb³⁺、Pr³⁺、La³⁺、Nd³⁺、Gd³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺和Y³⁺；所述b为1或3。

2、根据权利要求1所述的掺钐离子的转光玻璃，其特征在于：掺钐离子的转光玻璃的激发波长在250～420nm，发射波长在560～750nm。

3、权利要求1所述的掺钐离子的转光玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

(1)按照玻璃粉末与激活离子、敏化剂的摩尔百分比称取各组分的碳酸盐或氧化物作为原料；

(2)将上述原料混合均匀后，使用传统的坩埚浇注方法或者浮法工艺进行玻璃熔制、澄清；

(3)将澄清后的玻璃液浇注成型，然后在450～650℃下退火直至室温。

4、根据权利要求3中所述的掺钐离子的转光玻璃的制备方法，其特征在于玻璃熔制时在弱还原气氛下进行。

Images