一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃制造技术

本发明专利技术公开一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃。所述近红外发光玻璃为稀土离子掺杂的重金属氧化物发光玻璃，其组成为：以摩尔百分比计，La

【技术实现步骤摘要】
一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃
本专利技术属于发光材料
，具体涉及一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃。
技术介绍
近年来，稀土离子掺杂发光玻璃引起人们的广泛关注。由于稀土离子掺杂发光玻璃具有从红外到可见光波长的上转换特性，使得它们在红外转换器和上转换短波长固态激光器方面具有潜在的用途。另外它们的应用领域还涉及高密度光学存储、光纤通讯、三维显示、食品分析、农产品分析、药学分析和生物医学等方面，其中稀土离子掺杂发光玻璃在石油化工方面的优势尤为显著。Er3+除了具有优异的红外放大及激光发射性能之外，其能级丰富且分布均匀，有利于单光束泵浦，具有较高的猝灭浓度。比如利用商用980nm和808nm泵浦激发4I15/2→4I11/2和4I15/2→4I9/2跃迁的可能性，使得Er3+从可见光的上转换到红外发光的应用都具有极大的吸引力。为实现Er3+的红外发射，最为关键的是寻找合适的基质材料。在目前已报道的研究中，绝大多数采用硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃作为基质材料。硅酸盐玻璃的最大声子能量较高，不利于玻璃的发光性能的提高。碲酸盐玻璃具有较低的声子能量、高的折射率和较高的稀土离子溶解度，但稳定性较差，原料成本较高。硫系玻璃具有较大折射率和较高的透红外界限，但是稀土离子溶解度低，对原料纯度要求高。氟化物玻璃具有低声子能量、良好的稀土离子溶解能力和低OH-吸收，但是制备工艺繁杂，化学稳定性差，机械性能差，热导率较低，这为是扩大氟化物玻璃的商业化生产应用带来极大的挑战。从制备方法来说，碲酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、硫系玻璃的原料成分自身具有较强的玻璃形成能力，因此它们可以采用传统的淬冷退火方式来制备。但是，重金属氧化物玻璃形成能力较弱，因此淬冷退火方法不适用于制备重金属氧化物基玻璃。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃，有效解决了传统红外发光玻璃稳定性差、色散大、致密度低、机械加工性能差的问题，具有较低的最大声子能量、结构致密、同时可进行高浓度Er3+掺杂，还具有较强的机械加工性和热稳定性，这为该类玻璃的实际应用奠定基础。第一方面，本专利技术提供一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃。所述近红外发光玻璃为稀土离子掺杂的重金属氧化物发光玻璃，其组成为：以摩尔百分比计，La2O3占25-35％，Yb2O3占10％以下，Er2O3占2-5％，Nb2O5占20-40％，Ga2O3占30-50％。其中，La2O3、Nb2O5和Ga2O3作为发光玻璃的基质，Er2O3和Yb2O3作为发光玻璃的发光功能成分。本专利技术的发光玻璃(也可以称为“LNG玻璃”或者“La2O3-Nb2O5-Ga2O3重金属玻璃”)使用重金属氧化物La2O3、Nb2O5和Ga2O3作为基质，使得玻璃基质具有较低的声子能量，能够减少激子的无辐射跃迁。选择将La2O3、Nb2O5和Ga2O3这三种氧化物作为基质，使得本专利技术的发光玻璃不仅具有类似La2O3-Ga2O3玻璃的较低的最大声子能量，还具有类似La2O3-Nb2O5玻璃的高折射率。另外，本专利技术通过向上述重金属基质材料中添加Yb2O3，不仅能够提高玻璃的折射率，还能优化稀土掺杂玻璃的近红外发光性能。这是因为上述基质材料的稀土氧化物尺寸、电子结构等与稀土发光离子相近，能够为稀土发光离子提供适宜的环境，从而提高发光强度。白光进入透明材料时会发生色散现象。对于光学材料的应用来说，往往希望材料具有较低的色散系数。然而，材料的折射率值越大，色散系数往往也越大，材料的这两种光学性质是相互矛盾和制约的。阿贝数可用于表征光学玻璃的色散程度。阿贝数越大，色散能力越小。本专利技术的近红外发光玻璃具有高折射率，其nd值不小于2.02，阿贝数在27-60之间，是一种优良的光学材料。此外，上述近红外发光玻璃还具有优良的机械性能，密度为5.2504-5.817g/cm3，显微维氏硬度不低于8.42GPa。玻璃的高密度使得其能够增强抗辐射性能，这对降低检测器的辐射损耗从而延长使用寿命以及实现其在高能物理领域的应用是非常有效的。所述近红外发光玻璃的热学性能良好。一些实施方式中，所述近红外发光玻璃的玻璃化转变温度为790-800℃，析晶起始温度在860-930℃之间。较佳地，所述近红外发光玻璃在红外区域的透过率在60％以上。第二方面，本专利技术提供上述高密度高阿贝数的发光玻璃的制备方法，包括以下步骤：(1)以La2O3、Yb2O3、Er2O3、Nb2O5和Ga2O3为原料，按照近红外发光玻璃的组成进行称料并混合以形成混合料；(2)将混合料成型获得预制体；(3)将预制体利用气悬浮方法使其处于无容器的悬浮状态同时使用激光将其熔化成均一稳定的熔体；(4)激光熔化结束后，关闭激光使熔体冷却并凝固以形成固体状的高密度高阿贝数的近红外发光玻璃。较佳地，所述成型前在900-1000℃预烧保温8-10小时。较佳地，所述成型后在1100-1200℃烧结保温11-12小时以获得预制体。较佳地，所述成型为压片成型。优选地，所述压片成型在空气气氛下进行。压片的压力可为4-8MPa。较佳地，所述激光的功率为40-85W，保持时间为3-4min。本专利技术的制备方法具有成本低廉、无需后续加工、制备方法新颖、操作流程简便和利于规模化生产等特点。经过上述制备方法获得的高密度高阿贝数近红外发光玻璃不仅具有高阿贝数、较高透过率，而且具备良好的机械强度、热稳定性和较低的声子能量，在食品分析、农产品分析、药学分析以及生物医学等方面都有独特的优势并且应用广泛，在石油化工方面的优势尤为显著。此外，本专利技术的制备工艺还可用于开发新型无机功能材料和亚稳相结构，比如磁性功能材料、高介电常数材料等。第三方面，本专利技术提供一种适用于近红外发光玻璃的基质配方，包括：以摩尔百分比计，La2O3占25-35％，Nb2O5占20-40％，Ga2O3占30-50％。通过上述配方获得的空白玻璃阿贝数可达到85。附图说明图1为实施例1-5制备的近红外发光玻璃的实物图；图2为实施例1-5制备的近红外发光玻璃的折射率图谱；图3为实施例1-5制备的近红外发光玻璃的DTA曲线；图4为实施例1-5制备的近红外发光玻璃在红外区域的透过率随入射波长的变化关系；图5为实施例2-5制备的近红外发光玻璃在980nm的激光激发下的的近红外发射光谱。具体实施方式通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。以下示例性说明本专利技术所述高密度高阿贝数的近红外发光玻璃的制备方法。将近红外发光玻璃的各组分按照摩尔百分比称重。所述近红外发光玻璃为稀土离子掺杂的重金属氧化物发光玻璃，其组成可为：以摩尔百分比计，La2O3占25-35％，Yb2O3占10％以下，Er2O3占2-5％，Nb2O5占20-40％，Ga2O3占30-50％。在上述组成中，镧系稀土离子中的La本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃，其特征在于，所述近红外发光玻璃为稀土离子掺杂的重金属氧化物发光玻璃，其组成为：以摩尔百分比计，La

【技术特征摘要】
1.一种高密度高阿贝数的近红外发光玻璃，其特征在于，所述近红外发光玻璃为稀土离子掺杂的重金属氧化物发光玻璃，其组成为：以摩尔百分比计，La2O3占25-35%，Yb2O3占10%以下，Er2O3占2-5%，Nb2O5占20-40%，Ga2O3占30-50%。


2.根据权利要求1所述的近红外发光玻璃，其特征在于，La2O3、Nb2O5和Ga2O3作为发光玻璃的基质，Er2O3和Yb2O3作为发光玻璃的发光功能成分。


3.根据权利要求1或2所述的近红外发光玻璃，其特征在于，所述近红外发光玻璃的组成为：以摩尔百分比计，La2O3占25-35%，Yb2O3占10%以下，Er2O3占5%，Nb2O5占20%，Ga2O3占40...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明辉，刘希曼，刘学超，潘秀红，陈锟，邓伟杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31