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湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法技术

技术编号:15779937 阅读:156 留言:0更新日期:2017-07-08 22:20
本发明专利技术提出一种湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)采用热注入法合成不同尺寸纳米晶;(2)采用溶胶‑凝胶法合成玻璃基体;(3)将步骤(1)所得的纳米晶和步骤(2)所得的钠硼硅玻璃溶胶或二氧化硅溶胶融合键合形成均一,透明的纳米晶玻璃陶瓷。本发明专利技术的目在于提供一种实现可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,通过合成尺寸可控的纳米颗粒,然后在玻璃基质中形成在光学性能上体现出了可调谐特性的系列可控纳米晶玻璃陶瓷,这一特性对于这类材料在光电子领域的基础性研究和应用具有重要意义。

Preparation of controlled nanocrystalline glass ceramics by wet chemical method

The invention provides a preparation method of wet chemical method to build a controlled nanocrystalline glass ceramics, which comprises the following steps: (1) by hot injection method synthesis of nanocrystals with different sizes; (2) by sol gel synthesis of glass substrate; (3) the step (1) nanocrystals and steps the (2) of the sodium borosilicate glass or silica sol sol fusion bonding to form a uniform, transparent nanocrystalline glass ceramics. The invention aims to provide a method for preparing controllable nanocrystalline glass ceramics, the synthesized nanoparticles with controllable size, and optical performance reflects the tunable properties of series controllable nanocrystalline glass ceramics formed in the glass matrix, the characteristics of this kind of material in the basic research and application in the field of Optoelectronics has important significance.

【技术实现步骤摘要】
湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法
本专利技术涉及纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,尤其涉及一种湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法以得到不同系列、不同尺寸分布的纳米晶玻璃陶瓷。
技术介绍
玻璃陶瓷(glass-ceramics),又称微晶玻璃,是指通过控制玻璃结晶化的方式形成的一种晶相与玻璃相结合的复合材料。由于它优越的性能,玻璃陶瓷已经成为材料科学领域重点和热点的发展材料之一。特别是随着制造技术,纳米技术,以及现代分析技术的发展,具有纳米尺度的晶体引入到玻璃体系后所形成的纳米晶玻璃陶瓷(nano-glass-ceramics)往往展现出更加令人期待的性能。这些纳米晶的引入不但可以改善玻璃材料本身的机械力学性能,而且可以赋予玻璃材料更多新奇的特性。比如展示良好的非线性光学性质,导致特殊的透光性能,产生较高的离子输运和弛豫现象等。也就是说,纳米晶玻璃陶瓷不仅可以在一种材料中体现出两种不同形态的组分,而且这种纳米晶和玻璃之间的共价结合方式可以起到改变玻璃性质的作用,这无疑将纳米晶玻璃陶瓷推向一个更加显著的研究位置,现已经成为无机非金属材料研究领域中的一个重要分支而引起各国学者的广泛关注。因此引来很多学者来研究纳米晶玻璃陶瓷的合成,而有效地控制纳米晶在玻璃中的生长更是一直追求的目标。因为无法有效地控制纳米晶在玻璃中的尺寸分布和形貌结构,会导致这类材料性能上的缺陷或者不稳定,使得这类材料的实际应用受到很大限制。比如,获得一种具有较高光学质量的纳米晶玻璃陶瓷一般需要具备两种条件:第一,纳米晶在玻璃中的尺寸非常小(通常在10-50nm),最好小于可见光的波长,且尺寸分布较窄;第二,纳米晶和玻璃两相的折射率尽量比较接近,这往往要通过控制纳米晶的尺寸来实现。可见纳米晶在玻璃中的可控生长已经成为一个不可回避的科学问题,也是目前纳米晶玻璃陶瓷研究过程中的瓶颈问题,解决这类问题对于这类材料在基础研究和应用领域都具有较高的学术意义和广阔的发展前景。
技术实现思路
基于上述问题,本专利技术目的在于提供一种实现可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,通过合成尺寸可控的纳米颗粒,然后在玻璃基质中形成在光学性能上体现出了可调谐特性的系列可控纳米晶玻璃陶瓷,这一特性对于这类材料在光电子领域的基础性研究和应用具有重要意义。针对以上问题,提供了如下技术方案:湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)合成不同尺寸纳米晶:采用硬脂酸类或油酸类作为纳米晶先驱体,采用热注入法得到不同尺寸分布且分散性较好的纳米晶;(2)合成玻璃基体:采用溶胶-凝胶法合成钠硼硅基玻璃溶胶或二氧化硅溶胶作为玻璃基体;(3)键合形成纳米晶玻璃陶瓷:将步骤(1)所得的纳米晶和步骤(2)所得的钠硼硅玻璃溶胶或二氧化硅溶胶融合并装入容器中,放置在干燥的阴暗处至少七天,使其形成湿凝胶,然后将湿凝胶放入真空烘箱内干燥,得到块状的干凝胶,并将干凝胶放在气氛烧结炉中,在25~450℃之间通入氧气气氛,在450±20℃下通入氢气并保温9-11个小时,然后在450℃~600℃通入H2或/和H2S或/和O2,即形成均一,透明的纳米晶玻璃陶瓷。本专利技术进一步设置为,所述步骤(1)中纳米晶掺杂到玻璃基体中所占比重为1%~1.5%。本专利技术进一步设置为,所述步骤(3)中干凝胶烧结得到纳米晶玻璃陶瓷为氧化产物,则450℃~600℃通入O2,得到纳米晶玻璃陶瓷为还原产物,则450℃~600℃通入H2,得到纳米晶玻璃陶瓷为硫化产物,则450℃~600℃通入H2S。本专利技术进一步设置为,所述纳米晶采用CsPbX3,X为卤族元素,所述玻璃基体采用钠硼硅基玻璃溶胶,合成CsPbX3纳米晶玻璃陶瓷包括以下步骤:(1)不同尺寸的CsPbX3纳米粒子的合成①油酸铯的合成:CsCO3加入十八烯(ODE)和油酸(OA),在110~130℃下干燥1~1.2h,然后在N2氛围下加热到150~160℃,直达CsCO3与OA反应完全;②CsPbX3的合成:将ODE和PbX2在110~130℃的真空下干燥1~1.2h,在N2氛围下加入干燥的油酸(OA)和油胺(OLA),待到PbX2溶解后,升温至140℃-200℃,改变合成的CsPbX3纳术粒子的尺寸,然后将①中合成的的油酸铯快速注入,5s左右后放入冰水浴中反应;③将②中合成的CsPbX3离心,将离心后的颗粒分散到甲苯或正己烷中,存储,备用;(2)玻璃基体的合成①在强力搅拌下,将正硅酸乙酯(TEOS)逐滴滴入由无水乙醇(EtOH)、去离子水(H2O)和2M硝酸(HNO3)组成的混合溶液进行快速搅拌,充分水解,溶液呈现无色透明无絮状沉淀;②将H3BO3溶解在乙二醇甲醚中加热形成含B的澄清的前驱体溶液;Na与无水乙醇反应生成含Na离子的前驱体溶液——乙醇钠;③将步骤②中含B和Na离子的前驱体溶液按顺序分别慢慢滴入已充分水解的步骤①中的混合溶液中并剧烈搅拌,连续不断搅拌即可获得钠硼硅玻璃溶胶;(3)纳米晶与玻璃基体的键合将(1)中存储备用的不同尺寸的纳米粒子与(2)中合成的玻璃基体融合后,放在干燥的阴暗处至少七天,使其形成湿凝胶,把此湿凝胶放入真空烘箱内干燥,得到块状的干凝胶,然后将干凝胶放在气氛烧结炉中,在25~450℃之间通氧气气氛,在450℃下通入氢气并保温10个小时,然后在450℃~600℃继续通入H2,形成均一,透明的CsPbX3纳米晶玻璃陶瓷。本专利技术进一步设置为,所述钠硼硅基玻璃溶胶的各组分摩尔比例的组成为:R(Na2O/SiO2)=0.1±0.01,R(B2O3/SiO2)=0.3±0.04。本专利技术进一步设置为,所述步骤(1)中的纳米晶包括金属或盐类化合物纳米晶。本专利技术进一步设置为,所述纳米晶采用金属、硫化物或者氮化物类热注入法合成,对应引入还原、硫化或者氨化气氛实现纳米晶的有效生长。本专利技术与现有技术相比具有以下几方面的优点:(1)通过热注入结合溶胶-凝胶法可以合成出可控尺寸的纳米晶玻璃陶瓷块体材料。(2)本技术方案合成的可控系列纳米晶玻璃陶瓷在光学性能上体现出了可调谐特性,这一特性对于这类材料在光电子领域的基础性研究和应用具有重要意义。(3)热注入结合溶胶-凝胶的方法在合成可控系列纳米晶玻璃陶瓷具有通用性。具体实施方式下面结合实施例,对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术,但不用来限制本专利技术的范围。实施例1:所述纳米晶采用CsPbX3,X为卤族元素,所述玻璃基体采用钠硼硅基玻璃溶胶,合成CsPbX3纳米晶玻璃陶瓷包括以下步骤:1.不同尺寸的CsPbX3纳米粒子的合成①油酸铯的合成先将0.6-1.2g的CsCO3加入到100ml的三口烧瓶中,再加入十八烯(ODE)和油酸(OA),在120℃下干燥1h,然后在N2氛围下加热到150℃,直达CsCO3与OA反应完全。②CsPbX3的合成将ODE和0.188mmol的PbX2或者它们的混合物加入到25ml的三口烧瓶中,在120℃的真空下干燥1h,在N2氛围下加入干燥的油酸(OA)和油胺(OLA)。等到PbX2盐溶解后,升温至140℃-200℃,改变合成的CsPbX3纳米粒子的尺寸,然后再将①中合成的的油酸铯(0.125mol)快速注入,5s后将三口烧瓶放入冰水浴中反应。对于CsPb本文档来自技高网
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【技术保护点】
湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)合成不同尺寸的纳米晶:采用硬脂酸类或油酸类作为纳米晶先驱体,采用热注入法得到不同尺寸分布且分散性较好的纳米晶;(2)合成玻璃基体:采用溶胶‑凝胶法合成钠硼硅基玻璃溶胶或二氧化硅溶胶作为玻璃基体;(3)键合形成纳米晶玻璃陶瓷:将步骤(1)所得的纳米晶和步骤(2)所得的钠硼硅玻璃溶胶或二氧化硅溶胶融合并装入容器中,放置在干燥的阴暗处至少七天,使其形成湿凝胶,然后将湿凝胶放入真空烘箱内干燥,得到块状的干凝胶,并将干凝胶放在气氛烧结炉中,在25~450℃之间通入氧气气氛,在450±20℃下通入氢气并保温时间9‑11个小时,然后在450℃~600℃通入H

【技术特征摘要】
1.湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)合成不同尺寸的纳米晶:采用硬脂酸类或油酸类作为纳米晶先驱体,采用热注入法得到不同尺寸分布且分散性较好的纳米晶;(2)合成玻璃基体:采用溶胶-凝胶法合成钠硼硅基玻璃溶胶或二氧化硅溶胶作为玻璃基体;(3)键合形成纳米晶玻璃陶瓷:将步骤(1)所得的纳米晶和步骤(2)所得的钠硼硅玻璃溶胶或二氧化硅溶胶融合并装入容器中,放置在干燥的阴暗处至少七天,使其形成湿凝胶,然后将湿凝胶放入真空烘箱内干燥,得到块状的干凝胶,并将干凝胶放在气氛烧结炉中,在25~450℃之间通入氧气气氛,在450±20℃下通入氢气并保温时间9-11个小时,然后在450℃~600℃通入H2或H2S或O2,即形成均一,透明的纳米晶玻璃陶瓷。2.根据权利要求1所述的湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中纳米晶掺杂到玻璃基体中所占比重为1%~1.5%。3.根据权利要求1或2所述的湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中干凝胶烧结得到纳米晶玻璃陶瓷为氧化产物,则450℃~600℃通入O2,得到纳米晶玻璃陶瓷为还原产物,则450℃~600℃通入H2,得到纳米晶玻璃陶瓷为硫化产物,则450℃~600℃通入H2S。4.根据权利要求2所述的湿化学法构建可控纳米晶玻璃陶瓷的制备方法,其特征在于:所述纳米晶采用CsPbX3,X为卤族元素,所述玻璃基体采用钠硼硅基玻璃溶胶,合成CsPbX3纳米晶玻璃陶瓷包括以下步骤:(1)不同尺寸的CsPbX3纳米粒子的合成①油酸铯的合成:CsCO3加入十八烯(ODE)和油酸(OA),在110~130℃下干燥1~1.2h,然后在N2氛围下加热到150~160℃,直达CsCO3与OA反应完全;②CsPbX3的合成:将ODE和PbX2在110~130℃的真空下干燥1~1.2h,在N2氛围...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨昕宇郭珊珊徐秦刘海涛尹德武韩丽园卢雪
申请(专利权)人:温州大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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