稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃及其制備方法，該玻璃的組成及摩爾份數(shù)如下：SiO2----?48.5～49.5，BaF2?20～40，ZnF210～30，RE2O30.5～1.5其中，RE2O3為Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Dy2O3或Nd2O3中的一種或幾種。制備方法是將上述配料混合好后的原料在1220～1250℃進(jìn)行熔融1小時(shí)；將熔融后的玻璃液倒入預(yù)熱的模具中，在470～500℃進(jìn)行退火6～8小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫；將制得的玻璃進(jìn)行切割、打磨和拋光后，即得所需樣品。通過(guò)本方法生產(chǎn)的產(chǎn)品無(wú)毒、環(huán)保、價(jià)格低廉且能在多個(gè)波段呈現(xiàn)近紅外發(fā)光。
【專利說(shuō)明】稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種近紅外發(fā)光玻璃，特別是一種稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土近紅外發(fā)光材料在光纖通訊、激光系統(tǒng)、生物分析傳感器及生物醫(yī)療成像等方面有重要應(yīng)用，因而受到廣泛關(guān)注。
[0003]在稀土近紅外發(fā)光基質(zhì)材料中，發(fā)光玻璃由于易于制成光纖激光器而受到人們的普遍重視。目前，用于光纖激光器的基質(zhì)材料多為石英玻璃和氟化物玻璃。石英玻璃雖然具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，但其聲子能量較高，難以獲得高的近紅外發(fā)光效率。氟化物玻璃雖然具有低的聲子能量，高的發(fā)光效率，但其化學(xué)穩(wěn)定性差，制備工藝復(fù)雜，與常規(guī)光纖熔接困難。因此，要解決目前面臨的問(wèn)題，需要尋找新的基質(zhì)材料。氟氧化物玻璃兼具氧化物玻璃和氟化物玻璃的優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的基質(zhì)材料。它既具有氧化物玻璃高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，又具有氟化物玻璃低的聲子能量，是一種高性能的光學(xué)基質(zhì)材料。
[0004]2002 年，Tikhomirov 等報(bào)道了一種 Er3+摻雜的 SiO2-Al2O3-CdF2-PbF2-ZnF2氟氧化物玻璃，獲得了 1.54//m的近紅外發(fā)光(Journal of Materials Science Letters(2002) 21:293 - 295)。2001 年，Hayashi 等報(bào)道了 Tm3+ 摻雜的 SiO2 - GeO2 - Al2O3 - TiO2 -PbF2氟氧化物玻璃,發(fā) 。在目前已有的報(bào)道中，氟氧化物玻璃基質(zhì)中或含有劇毒的PbF2和CdF2等重金屬氟化物， 或含有價(jià)格昂貴的鑭系氟化物、GeO2或TeO2等原料。另外，所報(bào)道的稀土摻雜離子所發(fā)射的近紅外光覆蓋波段范圍較為單一。這些問(wèn)題都限制了材料的實(shí)際化應(yīng)用，因此，需進(jìn)一步尋找新型的合適的基質(zhì)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型的無(wú)毒、環(huán)保、價(jià)格低廉且可在多個(gè)波段呈現(xiàn)近紅外發(fā)光的稀土摻雜發(fā)光玻璃。
[0006]本發(fā)明還提供一種上述發(fā)光玻璃的制備方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明發(fā)光玻璃采取的技術(shù)解決方案如下:稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃，其關(guān)鍵技術(shù)在于，該玻璃包括以下組成及摩爾份數(shù):
SiO248.5 ~49.5
BaF2 20 ~40 ZnF210 ~30
RE2O3 0.5 ~1.5
其中，RE2O3 為 Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Dy2O3 或 Nd2O3 中的一種或幾種。
[0008]以上所述的近紅外發(fā)光玻璃的制備方法，其包括以下步驟:
(I)根據(jù)上述稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃的組成，精確稱量各組分的原料，將原料充分研磨混合；
(2)將混合后的原料在1220~1250°C進(jìn)行熔融I小時(shí)；
(3)將熔融后的玻璃液倒入預(yù)熱的模具中，在470~500°C進(jìn)行退火6~8小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫；
(4)將制得的玻璃進(jìn)行切割、打磨和拋光后，即得所需樣品。
[0009]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
(O現(xiàn)有技術(shù)中，制備氟氧化物玻璃所選原料或含有劇毒的PbF2、CdF2等重金屬氟化物，或含有價(jià)格昂貴的鑭系氟化物、GeO2或TeO2等原料。本申請(qǐng)選用了無(wú)毒環(huán)保且價(jià)格低廉的Si02、BaF2和ZnF2作為原料，且該玻璃制備工藝簡(jiǎn)單，有利于實(shí)際化應(yīng)用，可用于近紅外光纖制備；
(2)Ho3+摻雜樣品在700~1600nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)了 7個(gè)波段的近紅外發(fā)射，同時(shí)出現(xiàn)這么多波段的近紅外發(fā)射，在其它材料中未見(jiàn)報(bào)道。在這些發(fā)射中出現(xiàn)了 3組兩步連續(xù)的近紅外輻射躍遷，這種現(xiàn)象在其它材料中也未見(jiàn)報(bào)道。Ho3+的這種兩步近紅外級(jí)聯(lián)發(fā)射過(guò)程，其發(fā)光量子效率有望大于100 %，這將為發(fā)展近紅外量子效率大于I的材料提供了一種有效的途徑，具有巨大的應(yīng)用潛力；
(3)Er3+摻雜樣品呈現(xiàn)了峰值位于1533 nm的近紅外發(fā)光，且Er3+的4113/2能級(jí)具有較長(zhǎng)的突光壽命(約6 ms);
(4)Tm3+摻雜樣品在700 ~1700nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)了 8個(gè)波段的近紅外發(fā)射，同時(shí)出現(xiàn)這么多波段的近紅外發(fā)射，在其它材料中未見(jiàn)報(bào)道。在這些發(fā)射中出現(xiàn)了兩步甚至三步連續(xù)的近紅外輻射躍遷，這種現(xiàn)象在其它材料中也未見(jiàn)報(bào)道。Tm3+的這種兩步或三步近紅外級(jí)聯(lián)發(fā)射過(guò)程，其發(fā)光量子效率有望大于100 %，這將為發(fā)展近紅外量子效率大于I的材料提供了一種有效的途徑，具有巨大的應(yīng)用潛力；
(5)Dy3+摻雜樣品在700~1600nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)了 8個(gè)波段的近紅外發(fā)射，同時(shí)出現(xiàn)這么多波段的近紅外發(fā)射，在其它材料中未見(jiàn)報(bào)道。在這些發(fā)射中出現(xiàn)了 4組兩步連續(xù)的近紅外輻射躍遷，這種現(xiàn)象在其它材料中未見(jiàn)報(bào)道。Dy3+的這種兩步近紅外級(jí)聯(lián)發(fā)射過(guò)程，其發(fā)光量子效率有望大于100 %，這將為發(fā)展近紅外量子效率大于I的材料提供了一種有效的途徑，具有巨大的應(yīng)用潛力；
(6)Nd3+摻雜樣品在800~1500nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)了 3個(gè)波段的近紅外發(fā)射，其峰值分別位于 896、1058 和 1328 nm 處；
(7)我們對(duì)所制氟氧化物玻璃進(jìn)行了多種稀土離子摻雜，均可獲得有效的多波段近紅外發(fā)光。其中玻璃組成和稀土離子摻雜濃度對(duì)近紅外發(fā)光強(qiáng)度有重要影響，如對(duì)于Er3+、Tm3+和Dy3+摻雜樣品，實(shí)施例五、十和十五分別呈現(xiàn)了最強(qiáng)的近紅外發(fā)光。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為Ho3+摻雜不同玻璃樣品的近紅外發(fā)射光譜；
圖2為Ho3+、Tm3+和Dy3+簡(jiǎn)化能級(jí)圖及各發(fā)射躍遷示意圖；
圖3為Er3+摻雜不同玻璃樣品的近紅外發(fā)射光譜；
圖4為Er3+摻雜不同玻璃樣品4113/2 — 4I1572躍遷的熒光衰減曲線；
圖5為Tm3+摻雜不同玻璃樣品的近紅外發(fā)射光譜；圖6為Dy3+摻雜不同玻璃樣品的近紅外發(fā)射光譜；
圖7為Nd3+摻雜不同玻璃樣品的近紅外發(fā)射光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但具體實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明作任何限定。
[0012]下表1~5列出了本發(fā)明稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃具體實(shí)施例一至二十的摩爾百分比組成。
[0013]表1
【權(quán)利要求】
1.一種稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃，其特征在于該玻璃包括以下組成及摩爾份數(shù): SiO2 48.5 ~49.5 BaF2 20 ~40 ZnF2 10 ~30 RE2O3 0.5 ~1.5 其中，RE2O3 為 Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Dy2O3 或 Nd2O3 中的一種或幾種。
2.權(quán)利要求1所述的稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃的制備方法，其特征在于:其包括以下步驟: (1)根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土摻雜氟氧化物近紅外發(fā)光玻璃的組成，精確稱量各組分的原料，將原料充分研磨混合； (2)將混合后的原料在1220~1250°C進(jìn)行熔融I小時(shí)； (3)將熔融后的玻璃液倒入預(yù)熱的模具中，在470~500°C進(jìn)行退火6~8小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫； (4)將制得的玻璃進(jìn)行切割、打磨和拋光后，即得所需樣品。
【文檔編號(hào)】C03C4/12GK103979790SQ201410196652
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】馮麗 申請(qǐng)人:石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院