多稀土离子掺杂上、下转紫外发光玻璃陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷及其制备方法，所述玻璃陶瓷为掺杂有至少4种稀土离子的氟硅酸盐玻璃陶瓷，其中所述稀土离子以氧化物计的摩尔含量为整个玻璃陶瓷总量的1％至20％，该玻璃陶瓷可将红外光、可见光上转换为紫外光，同时将短波辐射下转换为紫外光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种能够同时实现上、下转换紫外发光的稀土掺杂玻璃陶瓷及其制备方法。
技术介绍
近年来，由于紫外激光在高密度光学数据存储、光显示器和红外传感器、生物医学等领域具有重要的应用前景，其获得方法引起材料科学家的广发关注。通过上转换发光材料将长波激光转换为短波激光是一种有效的获得短波激光的方法。上转换发光也称为频率上转换发光，是一种通过多光子吸收产生辐射跃迁的过程，辐射的光子能量通常比泵浦光子的能量高。稀土离子掺杂是常用的获得上转发光材料的方法之一。元素周期表中从镧(La)到镥(Lu)共15个元素，也就是所谓的镧系元素(Ln)，加上同族(III3)的钪(Sc)和钇(Y)，总共17个元素，统称为稀土元素(RE)。在固体材料中，稀土离子通常为三价，其电子构型为4fn5s26p6，它的发光特性主要取决于离子4f壳层电子的性质(Sc和Y除外)。稀土离 子表现出不同的电子跃迁形式和极其丰富的能级跃迁，随着4f壳层电子数的变化，能级之间的可能跃迁数目高达199177个，可观察到的谱线达30000多条，如果再涉及4f_5d的能级跃迁，则跃迁数目更多。因而，稀土离子的发射光谱范围非常宽，可布满从紫外到红外区域。而其紫外发光波段通常发生在4f-5d跃迁，在某些三价稀土离子如Ce3+、pr3+、Tb3+、Eu3+和一些二价的稀土离子如Sm2+、Dy2+、Tm2+、Yb2+等中均可观察到紫外波段的4f_5d跃迁。如Y. Ohishi等人在Tb3+/Yb3+共掺的含氟化钙纳米晶透明玻璃陶瓷中观察到紫外上转换发光，它是通过两个Yb3+离子共合作能量传递给Tb3+离子来实现上转换L. Huang, T. Yamashita,R. Jose, R. Arai, T. Suzuki and Y. Ohishi, App. Phys. Lett. 90,131116 (2007)。下转发光是通过吸收高能量的光子，辐射出较低能量的光子。目前人们研究的下转发光材料通常为将紫外光甚至X光等短波、超短波射线下转至可见光范围，从而实现成像观察等目的。然而，迄今为之，还没有能够同时实现红外光、可见光的上转换和短波辐射的下转换并且发出近紫外光的玻璃陶瓷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题本专利技术要解决的问题在于提供一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷及其制备方法，该玻璃陶瓷可同时实现红外光、可见光的上转换和短波辐射的下转换，获得处于近紫外区的紫外光。本专利技术技术问题的解决方案是I、一种多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷为掺杂有至少4种稀土离子，优选至少5种稀土离子的氟硅酸盐玻璃陶瓷，其中所述稀土离子以氧化物计的摩尔含量为整个玻璃陶瓷总量的I %至20 %，优选I %至15 %，所述玻璃陶瓷可将红外光、可见光上转换为紫外光，同时将波长为320nm以下的短波辐射下转换为紫外光，所述上转换紫外光和下转换紫外光均处于近紫外区。2、根据I所述的玻璃陶瓷，其中所述上转换紫外光和下转换紫外光的发射谱峰值在340至380nm的范围内。3、根据1-2中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述上转换紫外光和下转换紫外光的发射谱峰值波长之差小于等于30nm,优选小于等于25nm,更优选小于等于15nm。4、根据1-3中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述稀土离子选自La3+、Y3+、Ce4+、EU3+、Tb4+、Tb3+、Tm3+、Ho3+、Yb3+。5、根据1-4中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述氟硅酸盐玻璃陶瓷的基体材料为Ca、Si、Al系氟氧化物，所述Ca、Si、Al系氟氧化物以摩尔百分比计的组成为40-70%的SiO2, 5-35% 的 CaF2, 5-30% 的 Al2O3 和 0-15% 的 CaCO30 6、根据5所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷还任选含有0-20摩尔％的H3BO4,以降低玻璃陶瓷的熔点。7、根据6所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷的摩尔百分组成为权利要求1.一种多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷为掺杂有至少4种稀土离子的氟硅酸盐玻璃陶瓷，其中所述稀土离子以氧化物计的摩尔含量为整个玻璃陶瓷总量的1%至20%，所述玻璃陶瓷可将红外光、可见光上转换为紫外光，同时将波长为320nm以下的短波辐射下转换为紫外光，所述上转换紫外光和下转换紫外光均处于近紫外区。2.根据权利要求I所述的玻璃陶瓷，其中所述上转换紫外光和下转换紫外光的发射谱峰值在340至380nm的范围内。3.根据权利要求I所述的玻璃陶瓷，其中所述上转换紫外光和下转换紫外光的发射谱峰值波长之差小于等于25nm。4.根据权利要求I所述的方法，其中所述稀土离子选自La3+、Y3+、Ce4+、Eu3+、Tb4+、Tb3+、Tm3+、Ho3+、Yb3+。5.根据权利要求I所述的玻璃陶瓷，其中所述氟硅酸盐玻璃陶瓷的基体材料为Ca、Si、Al系氟氧化物，所述Ca、Si、Al系氟氧化物以摩尔百分比计的组成为40-70%的SiO2,5-35% 的 CaF2, 5-30% 的 Al2O3 和 0-15% 的 CaC03。6.根据权利要求5所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷还任选含有0-20摩尔％的H3BO4 ο7.根据权利要求6所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷的摩尔百分组成为8.根据权利要求7所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷包含La203、Y203、Yb2O3中的至少一种，且其摩尔百分含量的总和为O. 7% 11% ；Ce02和Ho2O3中的至少一种，且其摩尔百分含量总和为O. 2% 5% ;Eu203、Tb4O7, Tm2O3中的至少两种，且其摩尔百分含量总和为O. 15% 4%。9.一种制备权利要求I所述的多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷的方法，所述方法包括 (1)玻璃的熔制将摩尔组成比为40-68% ^ Si02、8-30%的CaF2、8_20 %的A1203、.0-10%的CaC03、0-15%的H3BO4以及I %至20%的至少4种稀土的氧化物的原料混合，在高温炉中于1300-1600°C的温度熔化，经融合、均化、澄清后于1300-1550°C出炉，将玻璃液浇注在模具上；然后立即进行退火处理，退火温度为550-650°C ;然后冷却，得到透明玻璃 (2)玻璃陶瓷的制备将制得的玻璃在670-850°C的温度热处理O.5_24小时，然后降温至室温，经抛光，得到玻璃陶瓷。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述的稀土的氧化物选自0-10%的La203、0-5%的 Y2O3、0-5% 的 CeO2、0-2% 的 Eu2O3、0-2% 的 Tb4O7、0-2% 的 Tm2O3、0-2% 的 Ho2O3 0-10%的Yb2O3，其中所述稀土的氧化物的比例是基于全部原料的摩尔比例。全文摘要本专利技术提供一种多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷及其制备方法，所述玻璃陶瓷为掺杂有至少4种稀土离子的氟硅酸盐玻璃陶瓷，其中所述稀土离子以氧化物计的摩尔含量为整个玻璃陶瓷总量的1％至20％，该玻璃陶瓷可将红外光、可见光上转换为紫外光，同时将短波辐射下转换为紫外光。文档编号C03C10/16GK102849953SQ20111036937公开日2013年1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷为掺杂有至少4种稀土离子的氟硅酸盐玻璃陶瓷，其中所述稀土离子以氧化物计的摩尔含量为整个玻璃陶瓷总量的1％至20％，所述玻璃陶瓷可将红外光、可见光上转换为紫外光，同时将波长为320nm以下的短波辐射下转换为紫外光，所述上转换紫外光和下转换紫外光均处于近紫外区。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：何森，
申请(专利权)人：何森，
类型：发明
国别省市：