一种具有力致发光性能的微晶玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及微晶玻璃，特别涉及一种具有力致发光性能的微晶玻璃及其制备方法。

背景技术：

随着传感器显示技术的发展，力致发光材料因存在很大潜在应用价值，所以得到越来越多人的注意和研究。力致发光材料有望用于电子显示器、真空荧光显示器、薄膜发光显示，生物医学疾病监测等诸多领域。目前能够实现力致发光的材料主要为稀土离子与过渡金属离子掺杂的晶体。但是制备具有力致发光性能的荧光粉材料，再与玻璃材料混合熔制，制备工艺繁琐造成制备成本升高。微晶玻璃是一类在连续玻璃相中分布有纳米晶的杂化材料，兼具有玻璃易于加工以及活性离子掺杂晶体发光效率高的特点，所以微晶玻璃一直是研究热点。近几年研究者对力致发光材料研究逐渐增多，对于具有力致发光性能的玻璃材料的研究确相对较少，因此开展微晶玻璃力致发光的研究很有必要。

而目前对于力致发光材料的发光中心的研究主要集中于稀土离子掺杂的材料里。稀土离子发光来源于4f-4f电子层跃迁，因其受到最外层电子屏蔽，发光的颜色和发光波长宽度受到很大限制，无法满足力致发光传感器显示器所需多种发光的要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有力致发光性能的微晶玻璃，以Mn²⁺作为激活离子，在外力作用下力致发光波长位于475～575nm，发射峰位于506nm，具有力致发光性能。

本发明的另一目的在于提供上述有力致发光性能的微晶玻璃的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有力致发光性能的微晶玻璃，按以下摩尔百分比含有：

所述三价氧化物为Al₂O₃、Ga₂O₃中的一种或两种。

所述微晶玻璃以Mn²⁺作为激活离子。

所述的具有力致发光性能的微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)称量Na₂CO₃、SiO₂、三价氧化物、MnCO₃、ZnO，研磨后于1550～1650℃进行熔化，得到玻璃熔液；

(2)将玻璃熔液浇注成型，在500～600℃下进行退火，随炉降至室温，到透明玻璃；

(3)透明玻璃于700～1000保温1～10h，随炉冷却到室温，得到具有力致发光性能的微晶玻璃。

步骤(1)所述研磨，具体为：在玛瑙研体中研磨30～60分钟。

步骤(2)所述浇注成型，具体为：

将玻璃溶液浇注在一块铜板上，并用另一块铜板压平。

步骤(2)所述退火，具体为：

在500～600℃下进行退火，保温时间为0.5～10小时。

步骤(3)于700～1000保温1～10h，具体为：

以200～250℃/h升温速率从室温升至700-1000℃，保温1～10h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的具有力致发光性能的微晶玻璃，以Na₂O-SiO₂-Al₂O₃\Ga₂O₃-ZnO为玻璃结构，Mn²⁺作为发光中心离子，具有力致发光性能，在外力作用下力致发光波长475～575nm，发射峰位于506nm。

(2)本发明的具有力致发光性能的微晶玻璃，制备工艺简单，易于加工。

(3)本发明的具有力致发光性能的微晶玻璃，原材料广泛，价格低廉，制备方法简单，对设备要求低，利于大规模推广。

附图说明

图1为实施例1中玻璃与微晶玻璃粉末的X射线衍射图谱。

图2为实施例1中微晶玻璃在506nm发射波长监测下的紫外可见激发光谱。

图3为实施例1中微晶玻璃在外力作用下的力致发光光谱。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例采用高温熔融法及热处理法制备微晶玻璃的步骤如下：

(1)选取高纯Na₂CO₃、SiO₂、Ga₂O₃、ZnO、MnCO₃作为原料，原料之间的摩尔比控制为Na₂CO₃：SiO₂：Ga₂O₃：ZnO：MnCO₃＝5：55：23：16.9：0.1；

(2)按步骤(1)所述的比例称量总量为40克的各原料，在玛瑙研体中研磨40分钟，随后放入铂金坩埚内在1600℃保温1小时。将熔制好的玻璃溶液浇注在一块铜板上，并用另一块铜板压平，之后转于马弗炉内在500℃下保温3小时，然后关闭马弗炉电源，让玻璃随炉降至室温，得到颜色为褐色的玻璃。

(3)将玻璃放入马弗炉内，以200℃/h升温速率从室温升至900℃，保温2h，然后关闭马弗炉电源让玻璃随炉冷却到室温，得到透明微晶玻璃。

图1是本实施例的步骤(3)得到的微晶玻璃与步骤(2)得到的玻璃的粉末X射线衍射图谱。由图可知与玻璃相比微晶玻璃析晶程度良好，且与ZnGa₂O₄卡片JCPDS no.38-1240对应良好，说明样品制备成功。

图2是本实例制备的微晶玻璃在506nm发射波长监测下的紫外可见激发光谱，由图可见激发峰有4个分别为304nm、382nm、426nm和450nm，其中304nm处激发效率最高，与Mn离子的激发光谱对比，证明发光中心是Mn离子。

图3是本实例制备的微晶玻璃在在外力作用下的力致发光光谱。图中说明该微晶玻璃在外力作用下的力致发光波长475～575nm，发射峰位于506nm。

实施例2

本实施例采用高温熔融法及热处理法制备微晶玻璃的步骤如下：

(1)选取高纯Na₂CO₃、SiO₂、Al₂O₃、ZnO、MnCO₃作为原料，原料之间的摩尔比控制为Na₂CO₃：SiO₂：Al₂O₃：ZnO：MnCO₃＝5：55：23：16.9：0.1；

(2)按步骤(1)所述的比例称量总量为40克的各原料，在玛瑙研体中研磨40分钟，随后放入铂金坩埚内在1600℃保温1小时。将熔制好的玻璃溶液浇注在一块铜板上，并用另一块铜板压平，之后转于马弗炉内在500℃下保温3小时，然后关闭马弗炉电源，让玻璃随炉降至室温，得到颜色为褐色的玻璃。将玻璃放入马弗炉内，以200℃/h升温速率从室温升至900℃，保温2h，然后关闭马弗炉电源让玻璃随炉冷却到室温，得到透明微晶玻璃。测试结果显示其力致发光波长460～600nm，发射峰位于504nm。

实施例3

(1)选取高纯Na₂CO₃、SiO₂、Al₂O₃、Ga₂O₃、ZnO、MnCO₃作为原料，原料之间的摩尔比控制为Na₂CO₃：SiO₂：Al₂O₃：Ga₂O₃：ZnO：MnCO₃＝5：55：13：10：16.9：0.1；

(2)按步骤(1)所述的比例称量总量为40克的各原料，在玛瑙研体中研磨40分钟，随后放入铂金坩埚内在1600℃保温1小时。将熔制好的玻璃溶液浇注在一块铜板上，并用另一块铜板压平，之后转于马弗炉内在500℃下保温3小时，然后关闭马弗炉电源，让玻璃随炉降至室温，得到颜色为褐色的玻璃。将玻璃放入马弗炉内，以200℃/h升温速率从室温升至900℃，保温2h，然后关闭马弗炉电源让玻璃随炉冷却到室温，得到透明微晶玻璃。本实施例得到的微晶玻璃的力致发光波长450～600nm，发射峰位于509nm。

实施例4

(1)选取高纯Na₂CO₃、SiO₂、Al₂O₃、Ga₂O₃、ZnO、MnCO₃作为原料，原料之间的摩尔比控制为Na₂CO₃：SiO₂：Al₂O₃：Ga₂O₃：ZnO：MnCO₃＝20：40：10：9：13：8；

(2)按步骤(1)所述的比例称量总量为40克的各原料，在玛瑙研体中研磨40分钟，随后放入铂金坩埚内在1600℃保温1小时。将熔制好的玻璃溶液浇注在一块铜板上，并用另一块铜板压平，之后转于马弗炉内在500℃下保温3小时，然后关闭马弗炉电源，让玻璃随炉降至室温，得到颜色为褐色的玻璃。将玻璃放入马弗炉内，以200℃/h升温速率从室温升至850℃，保温3h，然后关闭马弗炉电源让玻璃随炉冷却到室温，得到透明微晶玻璃。本实施例得到的微晶玻璃的力致发光波长440～610nm，发射峰位于511nm。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。