一种硫基微晶玻璃材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫基微晶玻璃材料，该硫基微晶玻璃材料的组成式为65GeS

A sulfur based glass ceramics material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种硫基微晶玻璃材料及其制备方法
本专利技术涉及一种微晶玻璃，具体是一种硫基微晶玻璃材料及其制备方法。
技术介绍
在过去几十年中，非线性光学器件，特别是基于三阶光学非线性的非线性光学器件已经受到越来越多的关注。为了制造小尺寸、低能耗和快速处理速度的器件，选择具有较大三阶光学非线性的非线性光学材料具有重要意义。硫系玻璃在所有光学玻璃系统中具有最大的三阶光学非线性特性，并且它们在中红外(即3～5μm和8-14μm)处也具有高光学透射率。更重要的是，被称为非晶半导体的硫系玻璃与光纤电信和硅技术兼容，因此它们被认为有望用于制造红外和非线性光子器件。针对硫系玻璃的基础研究中最热门的话题之一是通过玻璃网络中的部分结晶来优化它们的各种性质。已发现包含纳米或微米级半导体晶体的硫系微晶玻璃(ChGC)表现出升级的机械强度、稀土发光和光学非线性。对于三阶光学非线性特性，林常规等人首次报道了在β-GeS2纳米晶粒嵌入ChGCs中增强的非线性折射(n2)行为。到目前为止，在含有Ga2S3、AgCl和GeSe2NCs的ChGC中观察到类似的实验结果，证明来自半导体NC的量子效应是晶体类型、尺寸和体积分数的函数，具有改善ChGC的三阶光学非线性能(即TONL性能)的优异通用性。之前的工作报道了In2S3微晶的制备，其中包含透明ChGC，与嵌入Ga2S3和GeS2微晶的那些相比，我们预期它具有更高的TONL特性，因为β-In2S3是一种典型的天然缺陷晶体，具有独特的光电导和宽带光谱响应。然而，由于β-In2S3微晶的高散射损失，目前尚未对ChGC的详细TONL特性进行表征。在这项工作中，我们使用飞秒激光在近红外波长800nm处对In2S3纳米微晶(NCs)嵌入式透明ChGC的TONL特性进行了研究。通过采用Z扫描技术，研究了ChGC的非线性折射率(n2)和非线性吸收系数(β)作为处理持续时间的函数，并且通过品质因数评估了定制TONL性能的可能性。基于我们的研究，我们提出一种硫基微晶玻璃材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种透过率高、三阶非线性性能良好的硫基微晶玻璃材料及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硫基微晶玻璃材料，该硫基微晶玻璃材料的组成式为65GeS2-25In2S3-10CsCl，其由掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料经快速微晶化热处理得到。一种硫基微晶玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按照比例准备好原料单质锗、单质铟、单质硫和化合物氯化铯并混合均匀，然后将混合好的原料放入石英管中；(2)抽真空：将装好原料的石英管抽真空至10-4～10-7Pa，再用火焰枪将石英管封闭；(3)高温熔融和淬冷：将封装有原料的石英管放入熔制炉中进行高温熔融，熔融温度为990±5℃，熔融时间为18～24h，熔融结束后将带有熔融物的石英管浸入常温水中进行淬冷，待脱壁后马上取出，在石英管内得到掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料半成品；(4)退火及冷却：将掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料半成品连同石英管一起进行退火，退火温度为290～320℃，退火时间为6～8h，退火结束后将石英管和石英管内硫系玻璃材料以1～20℃/h的降温速率降温至室温，打开石英管得到掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料成品；(5)热处理：将退火炉升温至376℃，再将掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料成品在376℃温度下分别进行快速微晶化热处理1～5h，热处理之后以1～20℃/h的降温速率降温至室温，以使β-In2S3晶体析出，即得到硫基微晶玻璃材料，其组成式为65GeS2-25In2S3-10CsCl。作为优选，步骤(5)中快速微晶化热处理时间为1.3h。作为优选，步骤(1)中所用原料单质锗、单质硫的纯度为99.999％以上，单质铟和化合物氯化铯的纯度均为99.99％以上。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术公开的硫基微晶玻璃材料由掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料经快速微晶化热处理得到。该硫基微晶玻璃材料的透过率为70～80％，其最佳三阶非线性折射率与非线性吸收可达基础玻璃样品的3倍多。本专利技术硫基微晶玻璃材料具备良好的化学稳定性和热稳定性、较快的光学响应，其通过快速微晶化热处理控制无定形背景内的纳米晶体(即纯β-In2S3相)的沉淀，对65GeS2-25In2S3-10CsCl三元体系硫基微晶玻璃材料的三阶光学非线性进行改良，赋予65GeS2-25In2S3-10CsCl三元体系硫基微晶玻璃材料较高的透过率和良好的三阶非线性性能。附图说明图1为对比例、实施例2、实施例5的玻璃样品的闭孔Z扫描实验结果曲线；图2为对比例、实施例2、实施例5的玻璃样品的开孔Z扫描实验结果曲线；图3为对比例玻璃样品的可见光波段(400～850nm)的透过和吸收光谱；图4为实施例1的玻璃样品的可见光波段(400～850nm)的透过和吸收光谱；图5为实施例2的玻璃样品的可见光波段(400～850nm)的透过和吸收光谱；图6为实施例3的玻璃样品的可见光波段(400～850nm)的透过和吸收光谱；图7为实施例4的玻璃样品的可见光波段(400～850nm)的透过和吸收光谱；图8为实施例5的玻璃样品的可见光波段(400～850nm)的透过和吸收光谱；图9为实施例5的玻璃样品的透射电镜扫描内部结构图样一；图10为实施例5的玻璃样品的透射电镜扫描内部结构图样二。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1～实施例5的硫基微晶玻璃材料的组成式为65GeS2-25In2S3-10CsCl，其分别由掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料经快速微晶化热处理得到。实施例1～实施例5的硫基微晶玻璃材料的制备方法分别包括以下步骤：(1)配料：按照比例准备好原料单质锗、单质铟、单质硫和化合物氯化铯并混合均匀，然后将混合好的原料放入石英管中；(2)抽真空：将装好原料的石英管在抽真空台上抽真空至10-4～10-7Pa，再用火焰枪将石英管封闭；(3)高温熔融和淬冷：将封装有原料的石英管放入熔制炉中进行高温熔融，熔融温度为990℃，熔融时间为20h，熔融结束后将带有熔融物的石英管浸入常温水中进行淬冷，待脱壁后马上取出，在石英管内得到掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料半成品；(4)退火及冷却：将掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料半成品连同石英管一起进行退火，退火温度为310℃，退火时间为6h，退火结束后将石英管和石英管内硫系玻璃材料以3℃/h的降温速率降温至室温，打开石英管得到掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料成品；(5)热处理：将退火炉升温至376℃，再将掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料成品在376℃温度下分别进行快速微晶化热处理1～5h，热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫基微晶玻璃材料，其特征在于，该硫基微晶玻璃材料的组成式为65GeS

【技术特征摘要】
1.一种硫基微晶玻璃材料，其特征在于，该硫基微晶玻璃材料的组成式为65GeS2-25In2S3-10CsCl，其由掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料经快速微晶化热处理得到。


2.一种硫基微晶玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：按照比例准备好原料单质锗、单质铟、单质硫和化合物氯化铯并混合均匀，然后将混合好的原料放入石英管中；
(2)抽真空：将装好原料的石英管抽真空至10-4～10-7Pa，再用火焰枪将石英管封闭；
(3)高温熔融和淬冷：将封装有原料的石英管放入熔制炉中进行高温熔融，熔融温度为990±5℃，熔融时间为18～24h，熔融结束后将带有熔融物的石英管浸入常温水中进行淬冷，待脱壁后马上取出，在石英管内得到掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料半成品；
(4)退火及冷却：将掺CsCl的Ge-In-S硫系玻璃材料半成品连同石英管一起进行退...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨银伟，陈飞飞，孙婷婷，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33