一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃及制备方法与流程

本发明涉及发光材料技术领域，尤其是一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃及制备方法。

背景技术：

局域有序结构往往是无序材料具有独特性性能的关键。这种局域有序结构能有效地提高或调控无序材料的性能。

近年来，很多研究者对局域有序结构增强和调控激光玻璃光纤材料的光学性能进行了大量的研究。这些研究不断提高了激光玻璃光纤的发光效率和覆盖带宽，促进了玻璃光纤在大容量光纤通讯、可调谐激光、半导体照明、生物成像、遥感技术、国防事业等领域突飞猛进地发展。例如，微晶玻璃中的晶体有效的提高玻璃的发光效率，可以实现高功率激光输出促进光纤通讯发展；量子点掺杂玻璃发光实现宽带发光，且通过控制量子点的尺寸实现发光可调谐，促进可协调激光等技术发展。

但无论是微晶玻璃还是量子点玻璃都存在着挑战性的问题：局域有序结构的形成过程都要经历退火或是二次热处理。然而玻璃在经过二次热处理过程中，由于尺寸效应，晶粒再长大、分相、氧化还原反应等极易导致玻璃失透变黑，并且导致光散射和吸收增加，从而导致玻璃发光大大减弱甚至是消失。激光玻璃独特的发光性质也随即消失，很难制备出高质量的有序结构掺杂的激光玻璃。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃及制备方法，本发明通过还原性气氛，在玻璃熔融过程中一步获得具有更小尺度的有序结构-碲团簇，并产生近红外超宽带发光，并且，本发明无需其他后续处理，即可在玻璃基质中获得多种形式的碲团簇，可广泛应用于可调谐激光、生物成像与光学传感领域。

本发明的技术方案为：一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

优选的，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸玻璃中形成不同大小及不同价态的碲团簇，其发光覆盖850～1500nm。

本发明还提供一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：

s1)、按照以下摩尔百分比称取各组分：

s2)、将步骤s1)中称取的原料放在玛瑙研钵中充分研磨，混合均匀后倒入坩埚，于马弗炉内进行预烧，预烧温度为400～500℃，

s3)、将步骤s2)预烧后的样品取出，并研磨均匀后倒入坩埚，在还原剂气氛下熔化，制得玻璃溶液，熔制温度为1250～1400℃；

s4)、将步骤s3)中获得的玻璃溶液倒入耐热模具中淬冷、成型，得到块状玻璃样品。

优选的，步骤s2)中，所述的还原剂为c、sic、aln、si、si3n4中的一种或几种的混合；并且各个组分占总组分的摩尔百分比为：

优选的，步骤s2)中，预烧保温1-5h。

优选的，步骤s3)中，所述熔融时间为0.5-2h。

优选的，步骤s4)中，所述近红外发光碲团簇掺杂硼酸玻璃中形成不同大小及不同价态的碲团簇，其发光覆盖850～1500nm。

本发明的有益效果为：

1、本发明的近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃制备方法，在还原气氛下，不需要任何后续热处理，高温熔融、冷却固化后直接在玻璃中获得多种形式的碲团簇；

2、本发明的近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，泵浦激光源可采用常见的808nm和980nm半导体激光器，易于得到，使用方便。

3、本发明的近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，获得多个碲团簇发光中心，具有大范围可调的近红外宽带发光，覆盖850～1500nm，半波宽大于200nm。有望开辟团簇在大容量光纤信息传输，可调谐激光等方面的全新应用。

附图说明

图1为本发明实施例14样品8的吸收光谱图；

图2为本发明实施例14样品8的透射电子显微镜图；

图3为本发明实施例14样品8的发光光谱图，其中，图a和b分别为样品在808nm和980nm激光器激发下的发光光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施列1

一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

实施列2

一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

实施例3

一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

实施例4

一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃，包括以下摩尔百分比的组分：

实施例5

实施例6

实施例7

实施例8

实施例9

实施例10

实施例11

实施例12

实施例13

实施例14

本实施例提供一种近红外发光碲团簇掺杂硼酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：

s1)称取以上述实施例各组分原料，并控制总量为35g；

s2)、将步骤s1)中称取的原料放在玛瑙研钵中充分研磨，混合均匀后倒入坩埚，于马弗炉内进行预烧，预烧温度为400～500℃，预烧保温1-5h；

s3)、将步骤s2)预烧后的样品取出，并研磨均匀后倒入坩埚，在碳还原气氛下熔化，制得玻璃溶液，熔制温度为1250～1400℃，所述熔融时间为0.5-2h；

s4)、将步骤s3)中获得的玻璃溶液倒入耐热模具中淬冷、成型，得到块状玻璃样品。

其中，各组分的摩尔百分比(mol％)，玻璃熔制工艺条件及发光情况见表1，并设置相应的对比组。

表1各组分的摩尔百分比(mol％)，玻璃熔制工艺条件及发光情况

从表可以看出，所制备的玻璃除了对比样品，还原气氛下均有近红外超宽带发光，teo2的摩尔百分比为1mol％时，发光情况最佳。图1为表1中样品2的吸收光谱。由图1可知，玻璃中特征吸收峰在440，640，980nm，分别为不同大小的碲团簇和不同价态的碲团簇的吸收，其他样品的吸收光谱图与之相似。图2为本实施例制备的玻璃(样2)的透射电子显微镜图，其显示碲纳米颗粒尺寸主要介于0.8～3nm之间，其他样品与之类似。图3(a)和3(b)中本实施例制备碲团簇掺杂硼酸盐玻璃在808nm和980nm激光器激发下的发光光谱图，其发光覆盖850-1500nm，发光半高宽为220～350nm，其他样品发光与之相似。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。