具有吸收和转换双频光能力的透明玻璃陶瓷及其制备方法
【专利摘要】一种具有双频光共同吸收和转换能力的透明微晶玻璃及其制备方法。该透明玻璃陶瓷能够同时吸收紫外光和红外光并转换为可见光；改透明玻璃陶瓷以廉价的硅酸盐和铝酸盐做为基质材料，选取Er3+离子作为激活发光中心离子；其制备方法是将原材料按比例充分研磨混合，高温熔融，然后浇注冷却，选择合适温度退火而成；该透明玻璃陶瓷透明度高、硬度大，环保、能大面积生产。
【专利说明】具有吸收和转换双频光能力的透明玻璃陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及透明玻璃陶瓷合成【技术领域】，尤其涉及一种新型的双频率转光性能和 相关透明玻璃陶瓷领域。
【背景技术】
[0002] 太阳能作为可再生能源，取之不尽用之不竭。在地面太阳光谱中，约99 %的太阳辐 射能量分布在220?2500纳米宽频率波段内，其中可见光（400?700nm)占太阳光总辐 射量的71 %，红外光（700?2500nm)占总辐射量的22%。然而，现在的各种光电器件都只 能对各自特定的光谱范围的光实现较高效率的吸收和转换。光电器件这一选择性利用光能 的特性，严重影响了对太阳光的充分吸收和利用。
[0003]据报道，频率转换发光方式分为上转换和下转换两种（F.AuZel，Chem.Rev.，2004, 104, 139)。上转换能把红外光转换为可见光；下转换能把紫外光转换为可见光。 到现在为止，还没有一种材料能能够把这两种转光方式结合起来，也没有办法实现红外光 和紫外光同时向可见光转换。
【发明内容】
[0004] 发明目的：解决红外光的上转换和紫外光的下转换两种转光方式的相结合，及实 现这种结合方式的透明玻璃陶瓷及其制备方法。
[0005] 技术方案：本发明解决的技术问题是公开了一种能够同时吸收和转换紫外光和红 外光双频光的透明玻璃陶瓷的制备方法。
[0006] 本发明制备的同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶瓷的基质原 材料为分析纯的氧化物，硼酸盐，碳酸盐中的一种或几种混合物，微晶形核材料为化学纯的 氟化物中的一种或几种混合物，基质原材料为廉价的A1203,Na2C03、Si02、CaC03 -种或几种 混合物，微晶形核材料为YF3、LaF3、LuF3、PbF2、BaF2中的一种或几种混合物，掺杂发光中心 离子为Er3+离子。组成为 15% -25%Al203、10% -19%Na2C03、41% -60%Si02、4%CaC03、 8%YF3U5%LaF3,8% -10%LuF3,50%PbF2U8% -20%BaF2,18%NaF,20%ZnF2,1% -5% ErF3〇
[0007] 本发明的透明玻璃陶瓷采用熔体急冷法和后续热处理制备。
[0008] 本发明采用的熔体急冷法和后续热处理包括前驱玻璃的制备和随后的晶化处理 两个步骤。前驱玻璃的制备温度为1000°C-1500°c;晶化处理的温度范围为471°C-680°c。
[0009] 通过改变稀土离子的掺杂浓度，控制荧光发射强度。
[0010] 本发明涉及的透明玻璃陶瓷的制备方法包括以下步骤：
[0011] (a)原料的选取
[0012] 玻璃陶瓷原料主要为氧化物和氟化物。
[0013] (b)玻璃陶瓷配合料的混合
[0014] 按照配比精确的称取原料，放入研钵中加无水乙醇充分研磨0. 5小时。
[0015] (c)玻璃陶瓷熔制
[0016] 玻璃熔制采用的是刚玉坩埚，然后进行了热处理和退火。
[0017] 有益效果：
[0018] (1)本发明制备方法简便，适合工业批量生产。
[0019] (2)本发明制得的透明玻璃陶瓷较荧光粉具有良好的热稳定性和化学稳定性。
[0020] (3)本发明的透明玻璃陶瓷能同时实现红外光的上转换和紫外光的下转换，发射 出可见光。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为实施例1的样品在378nm和980nm激发下的发射光谱。
[0022] 图2为实施例2的样品在378nm和980nm激发下的发射光谱。
[0023] 图3为实施例3的样品在378nm和980nm激发下的发射光谱。
[0024] 图4为实施例4的样品在378nm和980nm激发下的发射光谱。
[0025] 图5为实施例5的样品在378nm和980nm激发下的发射光谱。
[0026] 图6为实施例6的样品在378nm和980nm激发下的发射光谱。
【具体实施方式】：
[0027] 实施例1-4
[0028] 基质原材料选择A1203,Na2C03,Si02,CaC03，微晶形核材料选择为YF3和NaF，掺杂 发光中心离子选择为ErF3。原材料比例为15%Al203，10%Na2C03,45%Si02,4%CaC03， (8 % -x)YF3和18 %NaF，xErF3,x= 1 %，1. 5 %。将上述粉体原料称量，放在在玛瑙研钵中 混合并加酒精2毫升研磨，然后置于刚玉坩埚中，放入电炉中加热到1500°C后保温1小时， 使之充分熔融。之后，将玻璃溶液取出并快速倒入铜模中成型得到块状前驱玻璃，将获得的 块状前驱玻璃放入电炉中660°C退火1小时以消除内应力和促进微晶结晶。样品经过表面 抛光，在378nm和980nm激发下得到绿光和红光发射，实施例1的发射光谱如图1所示。
[0029] 表1实施例1-4的微晶玻璃组成
【权利要求】
1. 一种能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶瓷，其特征在于，包 括基质料、微晶核材料、掺杂发光中心离子，基质原材料为分析纯的氧化物、硼酸盐、碳酸盐 中的一种或几种混合物，微晶形核材料为化学纯的氟化物，掺杂发光中心离子为Er3+离子。
2. 根据权利要求1所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷，其特征在于，基质原材料为廉价的A1203、Na2C03、Si0 2、CaC03 -种或几种混合物，微晶形 核材料为YF3、LaF3、LuF3、PbF2、BaF 2中的一种或几种混合物。
3. 根据权利要求2所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷，其组成为 15% -25% Al203、10% -19% Na2C03、41% -60% Si02、4% CaC03、8% YF3、15% LaF3、8% -10% LuF3、50% PbF2、18% -20% BaF2,18% NaF，20% ZnF2,1% -5% ErF3。
4. 权利要求1所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶瓷制 备方法，其特征在于，其制备方法包括以下步骤： (a) 原料的选取和玻璃配合料的混合 硅酸盐玻璃原料主要为分析纯的氧化物，硼酸盐，碳酸盐中一种或几种混合物，化学 纯的氟化物；稀土离子选用纯度99. 99%的氟化物；精确称取玻璃配合料，在研钵中研磨混 合； (b) 玻璃熔制包括前驱玻璃熔体急冷和前驱玻璃的晶化处理； (c) 将材料放置于坩埚中处理熔制温度为1000-1500°C，时间为0. 5-1小时；退火温度 为470-680°C，保温1-8小时。
5. 根据权利要求4所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷制备方法，其特征在于，步骤（a)基质原材料为廉价的Al203、Na2C0 3、Si02、CaC03 -种或几 种混合物，微晶形核材料为YF3、LaF3、LuF3、PbF 2、BaF2中的一种或几种混合物。
6. 根据权利要求5所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷制备方法，其特征在于，组成为 15% -25% Al203、10% -19% Na2C03、41% -60% Si02、4% CaC03>8% YF3U5% LaF3,8% -10% LuF3,50% PbF2U8% -20% BaF2,18% NaF,20% ZnF2, 1% -5% ErF3。
7. 根据权利要求4所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷制备方法，其特征在于，步骤（c)制备过程中使用的坩埚是钼金坩埚或刚玉坩埚。
8. 根据权利要求4所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷制备方法，其特征在于，步骤（a)掺杂发光中心Er3+离子的质量为0. 0271克-0. 2208克。
9. 根据权利要求4所述的能够同时吸收和转换紫外光和红外光双频光的透明玻璃陶 瓷制备方法，其特征在于，步骤（a)配合料的研磨混合过程中加2毫升酒精。
【文档编号】C03C10/16GK104355545SQ201410494802
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】王祥夫, 颜晓红, 程韶君, 步妍妍 申请人:南京邮电大学