Sm³⁺掺杂发光微晶玻璃及其制备方法

专利名称：Sm³⁺掺杂发光微晶玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Sm3+掺杂发光微晶玻璃及其制备方法。具体的说，涉及一种Sm3+掺杂ZnO-B2O3-SiO2系发光微晶玻璃及其制备方法。属于发光材料技术领域。发光玻璃作为一种新型材料，在荧光设备、应急照明、储能材料、太阳能光电转换材料、光电子信息等领域有着广泛的应用。
背景技术：
随着社会的发展和进步，新材料和高科技的发展都迫切需要研制与开发一系列新型材料。而随着微晶玻璃研究水平的发展，人们对微晶玻璃的性能和质量提出了更高的要 求，于是具有一项或几项功能的新型功能微晶玻璃应运而生，正日益成为高新技术领域的生力军，成为材料科学研究的一个热点。在众多的微晶玻璃体系中，ZnO-B2O3-SiO2系微晶玻璃中由于硼本身具有助熔的作用，故ZnO-B2O3-SiO2系微晶玻璃比其它体系的微晶玻璃的熔化温度要低，技术要求降低。锌硼硅系玻璃是最常见也是用途最广泛的一种玻璃材料，主要应用于建筑、汽车，装饰、照明、光电等领域。且其用到的原料便宜，熔点较低，因此研究稀土离子在锌硼硅系微晶玻璃中的发光是有实际应用意义的，可以拓宽其应用范围，提高人们生活质量。目前，人们对稀土掺杂发光材料主要集中在Tb，Eu等稀土元素上，对于能吸收紫外光放出红光的Sm研究较少，Sm的这一特性在光色转换及白光发光二极管的暖色化上具有应用价值。国内外对钙镁硅等组分的微晶玻璃研究比较全面，而对于稀土掺杂容易分相的锌硼硅系微晶玻璃发光性能的研究较少。

发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种Sm3+掺杂发光微晶玻璃及其制备方法，Sm3+掺杂发光微晶玻璃作为一种新型的发光材料，因具有良好的物理化学稳定性、以及优于普通玻璃材料的发光性能而被应用于波导、激光、白光LED等领域。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案
本发明提供了一种Sm3+掺杂发光微晶玻璃，所述Sm3+掺杂发光微晶玻璃为Sm3+掺杂ZnO-B2O3-SiO2系发光微晶玻璃，为以下化学式的物质=XZnO-YB2O3-ZSiO2-RNa2O-MAl2O3-NTi02-QZr02-TSm203，其中 Sm2O3 为激活剂，Ti02+Zr02 为复合晶核剂，式中 X、Y、Z、R、M、N、T 为质量系数，其取值分别为X=15 30，Y=17 23，Ζ=30 50，R=O 3，Μ=6 20，N=O 2，Q=O 2，T=O. 3 8。本发明同时提供了一种所述的Sm3+掺杂发光微晶玻璃的制备方法，以氧化锌、硼酸、二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、二氧化钛、二氧化锆及三氧化二钐为原料，将上述原料研磨混合后，在1400 1550°C下熔融并成型制成玻璃，于500 550°C下对该成型制成的玻璃进行退火2 3h，降至室温；再对其玻璃进行晶化处理，在550 575°C下核化2
2.5h，在720 740°C下晶化6 12h，最终获得锌硼硅系的微晶玻璃。
所述原料的质量份配比分别为氧化锌12 26份，硼酸25 33份，二氧化硅25 44份,三氧化二招O 8份,碳酸钠5 18份,二氧化钛O I. 8份,二氧化错O
I.8份，和三氧化二钐O. 25 7份。所述的氧化锌、硼酸、二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、二氧化钛、二氧化锆为分析纯，三氧化二钐的重量含量不低于99. 99%。本发明优化了实验参数，以Ti02+Zr02为复合晶核剂，Sm2O3为激活剂，大大提高了发光性能，实现锌硼硅系微晶玻璃的最佳发光性。由光谱性质可知掺杂Sm3+离子的玻璃可以把太阳光中的紫外光转换成红光，这样就能利用此种玻璃来制备一系列高效的转光材料。本发明采用掺杂稀土离子Sm3+的方式，制备出一种新型的发光微晶玻璃，由于稀土离子特殊的4f电子结构，稀土钐离子掺杂的玻璃具有良好的荧光特性，并且具有发光度纯、物化性质稳定等优点。本发明的微晶玻璃还是一种晶态和非晶态的结合体，不但具有发光晶体的发光性能，而且具有玻璃的稳定性。本发明的制备方法中，工艺步骤简单、工艺条件稳定可靠，应用广泛。


图I为本发明实施案例I的激发光谱。图2为本发明实施案例I的发射光谱。图3为本发明实施案例3的激发光谱。图4为本发明实施案例3的发射光谱。图5为本发明实施案例6的激发光谱。图6为本发明实施案例6的发射光谱。图7为本发明实施案例9的激发光谱。图8为本发明实施案例9的激发光谱。图9为本发明实施案例11的激发光谱。图10为本发明实施案例11的激发光谱。
具体实施例方式实施例I
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐O. 26g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚，放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740°C下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。如图I所示，本实施例微晶玻璃激发波长范围为475 850nm，如图2所示，本实施例微晶玻璃发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm,最大峰值为734. 9，且为橙红色光，发光色度纯。实施例2
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二衫O. 61g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。此微晶玻璃的激发波长范围为475 850nm。发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为760，且为橙红色光，发光色度纯。 实施例3
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐O. 78g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。如图3所示，本实施例微晶玻璃激发波长范围为475 850nm，如图4所示，本实施例微晶玻璃发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为910，且为橙红色光，发光色度纯。实施例4
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐O. 96g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。此微晶玻璃的激发波长范围为475 850nm。发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为689，且为橙红色光，发光色度纯。实施例5
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二衫I. 13g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。此微晶玻璃的激发波长范围为475 850nm。发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为668. 7，且为橙红色光，发光色度纯。实施例6
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二衫I. 48g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。如图5所示，本实施例微晶玻璃激发波长范围为475 850nm，如图6所示，本实施例微晶玻璃发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为509. 1，且为橙红色光，发光色度纯。实施例7
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二衫I. 91g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。此微晶玻璃的激发波长范围为475 850nm。发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为359. 3，且为橙红色光，发光色度纯。实施例8
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐2. 61g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。此微晶玻璃的激发波长范围为475 850nm。发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为339. 9，且为橙红色光，发光色度纯。实施例9
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐O. 26g。将上述原料通过研钵研磨，获得均匀的粉体。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化8h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。如图7所示，本实施例微晶玻璃激发波长范围为475 850nm，如图8所示，本实施例微晶玻璃发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为562. 7，且为橙红色光，发光色度纯。实施例10
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐O. 26g。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575 °C下核化2h，在740 V下晶化10h，最终获得23Zn0-22B203-42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。此微晶玻璃的激发 波长范围为475 850nm。发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为571. 2，且为橙红色光，发光色度纯。实施方案11
称量氧化锌6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二铝2. 41g、碳酸钠2. 57g、二氧化钛O. 72g、三氧化二钐O. 26g (O. 15%mol)。将研磨好的原料装入刚玉坩埚放在电阻炉中，在1500°C温度下熔融，接着将熔融的原料浇注成型制成玻璃，然后将其放入马弗炉中，在575°C下核化2h，在740°C下晶化12h，最终获得23Zn0-22B203_42Si02发光微晶玻璃。本实施例所得的微晶玻璃，在406nm蓝紫光激发下呈橙红色。如图9所示，本实施例微晶玻璃激发波长范围为475 850nm，如图10所示，本实施例微晶玻璃发射波长范围为350 525nm，当用406nm激发时，玻璃体610nm的荧光发射达到最佳，即其发射主峰位于610nm，最大峰值为655. 5，且为橙红色光，发光色度纯。最后应说明的是显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种Sm3+掺杂发光微晶玻璃,其特征在于,所述Sm3+掺杂发光微晶玻璃为Sm3+掺杂ZnO-B2O3-SiO2系发光微晶玻璃，为以下化学式的物质=XZnO-YB2O3-ZSiO2-RNa2O-MAl2O3-NTi02-QZr02-TSm203，其中 Sm2O3 为激活剂，Ti02+Zr02 为复合晶核剂，式中 X、Y、Z、R、M、N、T 为质量系数，其取值分别为X=15 30，Y=17 23，Ζ=30 50，R=O 3，Μ=6 20，N=O 2，Q=O 2，T=O. 3 8。
2.如权利要求I所述的Sm3+掺杂发光微晶玻璃的制备方法，其特征在于以氧化锌、硼酸、二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、二氧化钛、二氧化锆及三氧化二钐为原料，将上述原料研磨混合后，在1400 1550°C下熔融并成型制成玻璃，于500 550°C下对该成型制成的玻璃进行退火2 3h，降至室温；再对其玻璃进行晶化处理，在550 575°C下核化2 2.5h，在720 740°C下晶化6 12h，最终获得锌硼硅系的微晶玻璃。
3.如权利要求2所述的Sm3+掺杂发光微晶玻璃的制备方法，其特征在于所述原料的质量份配比分别为氧化锌12 26份，硼酸25 33份，二氧化硅25 44份，三氧化二招O 8份,碳酸钠5 18份,二氧化钛O I. 8份,二氧化错O I. 8份,和三氧化二衫O.25 7份。
4.如权利要求2所述的Sm3+掺杂发光微晶玻璃的制备方法，其特征在于所述的氧化锌、硼酸、二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、二氧化钛、二氧化锆为分析纯，三氧化二钐的重量含量不低于99. 99%ο
全文摘要
本发明公开了一种Sm3+掺杂发光微晶玻璃的制备方法，基本组成为XZnO-YB2O3-ZSiO2-RNa2O-MAl2O3-NTiO2-QZrO2-TSm2O3，以氧化锌、硼酸、二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、二氧化钛、二氧化锆及三氧化二钐为原料，将上述原料研磨混合后，在1400～1500℃下熔融并成型制成玻璃，于500～550℃下进行退火2～3h，冷却至室温。再进行晶化处理，在550～575℃下核化2～2.5h，在720～740℃下晶化6～12h，最终获得锌硼硅系的发光微晶玻璃。本发明工艺步骤简单、工艺条件稳定可靠，应用广泛，具有良好的物理化学稳定性、以及优于普通玻璃材料的发光性能。
文档编号C03C4/12GK102936096SQ20121045512
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者王觅堂, 李梅, 柳召刚, 胡艳宏, 岳鹏, 王明 申请人:内蒙古科技大学