专利名称：一种稀土掺杂发光玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及发光电子、照明工程科技领域发光材料及其制备方法，尤其是涉及白光LED用稀土离子掺杂的发光玻璃。
背景技术：
照明系统是人类生活能源消耗的重要组成部分。传统照明的主流产品是白炽灯与荧光灯。白炽灯光效低、寿命短，而荧光灯(含日光灯、节能灯)易对环境造成汞污染，在全球资源日益枯竭和环境污染不断加剧的今天，人类社会急需寻找一种高效、节能、长寿命、无污染的绿色光源。白光LED具有体积小、寿命长、发光效率高的特点。与白炽灯相比，白光LED是一种冷光源，辐射主要集中在可见光区，几乎不产生热，也消除了非可见光区电磁波对人的危害。与荧光灯相比，白光LED的制造与使用过程都不会引入汞的污染，且白光LED的连续光谱更接近自然光。从节能前景看，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可达10万小时，是传统荧光灯的50～100倍。同时，半导体灯具有安全、无频闪的特点，对于家庭照明来说，是一劳永逸的“绿色的照明光源”。科学界和产业界专家预言，如同晶体管代替电子管一样，半导体照明必将代替传统的白炽灯和荧光灯，成为继IT之后的又一增长迅速、应用广阔、最具发展前景的新兴高技术领域和产业之一。目前，美国、欧盟、日本和中国(包括台湾)等很多国家和地区都对LED照明技术的研发投入大量资金，有关该领域的新材料、新技术的报道亦层出不穷。随着360-400nm紫外LED(UV-LED)的开发成功，用UV-LED/三基色荧光粉复合白光则成为当前的研究热点。然而，从发展用于普通照明的大功率、高亮度和高显色性光源角度考虑，现有的荧光粉/环氧树脂白光模式存在效率、稳定性、色度、封装等方面的严重不足。稀土离子掺杂的发光玻璃结合了稀土离子发光丰富，稳定和玻璃良好的物理，化学及热稳定性，在控制成本，简化生产流程，更加环保等方面具有突出的优点，成为白光LED用发光材料的另一个可选择的途径。
稀土化合物的发光基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。具有未充满的4f壳层的稀土离子或原子，其光谱覆盖了390-760nm的可见区。稀土发光色彩鲜艳，光吸收能力强，转换效率高，发射波长分布区域宽，荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级。玻璃则具有物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用等多种优点。因此，稀土掺杂的发光玻璃具有成为白光LED用发光材料的可能，具有很高的研究价值。近年来，掺杂稀土离子之间的能量传递，作为有效提高发光效率的常用方法被越来越多人重视。
本发明开发了掺杂稀土离子Dy3+和Eu3+的钡磷酸盐玻璃，系统的研究了其发光性能以及Dy3+和Eu3+之间的能量传递。此发光玻璃在紫外光的激发下可以具有稳定的发光。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种稀土掺杂发光玻璃及其制备方法，以作为除了荧光粉以外的白光LED照明用的候选材料。本发明特别研究了Dy3+和Eu3+之间的能量传递，发现Eu3+可以有效地被Dy3+敏化提高发光效率。
本发明的稀土掺杂发光玻璃的制备方法包括如下步骤 a)原料的选取 钡磷酸盐玻璃原料来源于分析纯的磷酸盐和碳酸盐。稀土离子选用纯度99.99％的氧化物。
b)玻璃配合料的配备和混合 在室温和高度洁净的称量室中，按照摩尔百分比在分析天平上迅速称量样品，将样品在洁净的陶瓷研磨中研磨均匀。之后将充分混合的配合料倒入事先准备好的干净刚玉坩埚中备用。
c)玻璃熔制 将放置配合料的刚玉坩埚放于温度400-450℃的马弗炉中预热1-2小时后放于1250℃的电炉中熔制1-2个小时。随后将玻璃液倒入400-500℃下预热的不锈钢模具中浇注成长方体玻璃块，过程尽量快以避免气泡与条纹的产生。然后将玻璃块置于预热好的耐火砖上，放入马弗炉中退火，退火温度为400～450℃，保温2-3小时，随炉冷却至室温。
d)样品的加工 块状玻璃经过切割成为2mm厚的玻璃片，经过粗磨，细磨和抛光成为透明状玻璃片以备测试。
具体实施例方式 实施例1 配方设计 采用NH4H2PO4、BaCO3、Eu2O3和Dy2O3为主要原料，按照摩尔百分比，如表1所示组成称取配合料30g 表1实施例1的玻璃摩尔组成(％)
配合料选取和配制 分别采用分析纯的NH4H2PO4、BaCO3为玻璃基质的原料；高纯度(99.99％)的稀土化合物Dy2O3和Eu2O3原料，按照表1所示的摩尔组成进行配方计算。
配合料的混合和熔制 将配合料放在洁净的陶瓷研磨中研磨均匀，倒入事先准备好的干净刚玉坩埚中备用。将刚玉坩埚放于温度450℃炉中预热1小时，之后放于1250℃的电炉中熔制2个小时。将玻璃液倒入450℃下预热的不锈钢模具中浇注成长方体玻璃块，然后置于预热好的耐火砖上，放入马弗炉中退火，退火温度为450℃，保温3小时，随炉冷却至室温，即得实施例1样品。
实验结果 所得到的玻璃试样做紫外-可见激发，发射光谱测试，结果显示360nm紫外光可以有效地激发掺杂稀土离子Dy3+和Eu3+。样品在360nm紫外光的激发下，Dy3+的发射波长为483nm和572nm，Eu3+的发射波长为592nm和611nm。对于Dy3+，共掺样品中的发光与单掺相比明显降低，而对于Eu3+，共掺样品中的发光与单掺相比明显增强，表明Dy3+可以有效的传递能量给Eu3+。
实施例2和例3 配方设计 采用NH4H2PO4、BaCO3、Eu2O3和Dy2O3为主要原料，按照摩尔百分比，如表2和表3所示组成称取配合料30g 表2实施例2的玻璃摩尔组成(％)
表3实施例3的玻璃摩尔组成(％)
配合料选取和配制与实施例1相同 实验结果 所得到的玻璃试样在360nm紫外光的激发下，保持Dy3+的摩尔浓度为1.5(％)不变，随着Eu3+的摩尔浓度的增加，Dy3+的发光强度依次降低，Eu3+的发光强度依次增加。保持Eu3+的摩尔浓度为0.25(％)不变，随着Dy3+的摩尔浓度的增加，Eu3+的发光强度依次增加，Dy3+的发光强度依次增加。结果充分证明Dy3+和Eu3+之间存在能量传递，Dy3+可以有效的传递能量给Eu3+。
Dy3+和Eu3+之间能量传递的存在对于白光LED的发展有重要的意义。
权利要求
1.一种稀土掺杂发光玻璃，由钡磷酸盐共掺Eu3+和Dy3+，其组成为(mol％)
65-75P2O5·25-35BaO:xDy2O3·yEu2O3
x＝0.25-0.75；y＝0.125-0.5
2.根据权利要求1所述的稀土掺杂发光玻璃，其特征在于，360-380nm的紫外光能够有效的激发稀土离子，并存在Dy3+到Eu3+的能量传递。
3.根据权利要求1和2所述的稀土掺杂发光玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤
a)原料的选取
钡磷酸盐玻璃原料来源于分析纯的磷酸盐和碳酸盐。稀土离子选用纯度99.99％的氧化物。
b)玻璃配合料的配备和混合
在室温和高度洁净的称量室中，按照摩尔百分比在分析天平上迅速称量样品，将样品在洁净的陶瓷研磨中研磨均匀。之后将充分混合的配合料倒入事先准备好的干净刚玉坩埚中备用。
c)玻璃熔制
将放置配合料的刚玉坩埚放于温度400-450℃的马弗炉中预热1-2小时后放于1250℃的电炉中熔制1-2个小时。随后将玻璃液倒入400-500℃下预热的不锈钢模具中浇注成长方体玻璃块，过程尽量快以避免气泡与条纹的产生。然后将玻璃块置于预热好的耐火砖上，放入马弗炉中退火，退火温度为400～450℃，保温2-3小时，随炉冷却至室温。
d)样品的加工
块状玻璃经过切割成为2mm厚的玻璃片，经过粗磨，细磨和抛光成为透明状玻璃片以备测试。
全文摘要
本发明公开了一种稀土掺杂发光玻璃及其制备方法。应用主要为光电子、照明工程科技等领域的发光材料。本发明以稀土离子Dy3+和Eu3+为主要成分，将其单掺或共掺在磷酸盐玻璃基质中，在360nm紫外光的激发下，稀土离子能够发出各自的特征光，并存在Dy3+到Eu3+的能量传递。制备方法包括(a)原料的选取，(b)玻璃配合料的配备和混合，(c)玻璃熔制，(d)样品的加工等四个步骤。所得到加工后的玻璃做紫外-可见激发、发射光谱测试。结果表明，该稀土离子掺杂的发光玻璃成玻性能优良，可以有效地被紫外光激发，并且Eu3+可以有效地被Dy3+敏化提高发光效率。
文档编号C03C4/00GK101759362SQ201010022968
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者徐伟娜, 彭青芜, 董珺慧, 梁晓峦, 陈国荣 申请人:华东理工大学