一種白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料及其發(fā)光強(qiáng)度提高的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料及其發(fā)光強(qiáng)度提高的方法，所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的組成包括占玻璃材料47-49wt%的TiO2、占玻璃材料30-44wt%的La2O3、占玻璃材料3-4wt%的ZrO2、占玻璃材料0.1-1.1wt%的Er2O3、占玻璃材料0.3-6.1wt%的Tm2O3以及占玻璃材料2.7-11.2wt%的Yb2O3，上述各組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%。
【專利說明】一種白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料及其發(fā)光強(qiáng)度提高的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光重金屬氧化物塊體玻璃材料、以及其上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度提高的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在上世紀(jì)六十年代，利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理，人們研制成功了發(fā)光二極管(LED)。自發(fā)明LED以來，它在信號指示、顯示屏、背光照明及室外景觀等領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，此外，對于一般的照明而言，白光LED光源更具有實(shí)用性和商業(yè)價(jià)值。白光LED具有發(fā)光效率高、功耗低、壽命長、節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而一致被認(rèn)為是二十一世紀(jì)有望取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明燈具，值得大力推廣應(yīng)用的第三代照明光源，被譽(yù)為繼愛迪生發(fā)明白熾燈以來最偉大的發(fā)明之一。
[0003]隨著發(fā)光二極管技術(shù)的發(fā)展，LED發(fā)光效率的不斷提高、成本的逐步下降，LED技術(shù)的應(yīng)用逐漸從指示、顯示領(lǐng)域向照明領(lǐng)域擴(kuò)展。作為一種安全可靠的固態(tài)光源，LED進(jìn)入照明光源領(lǐng)域?qū)?huì)對人類社會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用，不僅能夠減少能源的消耗、污染物的排放，甚至能夠改變?nèi)藗儗φ彰鞴庠吹恼J(rèn)識。高亮度白光LED的開發(fā)成功，使得LED在照明領(lǐng)域得到了更好的發(fā)展和推廣。作為新型綠色照明光源，白光LED照明光源具有許多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在節(jié)能環(huán)保方面，LED具有無可比擬的優(yōu)勢。據(jù)預(yù)測，美國55%的白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元，可減少7.55億噸的碳排放。日本100%的白熾燈換成LED，可減少1-2座核電站，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。由此可見，白光LED在民用照明方面的應(yīng)用前途無可限量。LED照明光源在載人飛船、戰(zhàn)斗機(jī)航行燈等軍事領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，因此，LED產(chǎn)品的開發(fā)、研制、生產(chǎn)已經(jīng)成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。
[0004]目前獲得白光LED的方案有四種，均屬于通過電致發(fā)光，實(shí)現(xiàn)光輻射能量轉(zhuǎn)換。它們分別是:(I)用藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色發(fā)射的YAG:Ce熒光粉，這種方式得到的白光易失真；(2)利用近紫外LED芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)三基色熒光粉得到白光，易產(chǎn)生紫外污染；(3)白光有機(jī)LED (OLED)，主要用于平板顯示器；(4)紅、綠、藍(lán)三基色LED芯片組裝在一起實(shí)現(xiàn)白光，白光色坐標(biāo)易漂移。以上四種常用方案都存在各自的不足，而且，將熒光粉作為發(fā)光材料，還存在粉料的涂布、白光品質(zhì)、粉料質(zhì)量、粒度均勻性等問題。因此，探索新型白光LED用發(fā)光塊體材料就成為了當(dāng)前白光LED領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一?；诖?，本發(fā)明利用多稀土共摻重金屬氧化物玻璃材料通過上轉(zhuǎn)換過程發(fā)射白光。這種玻璃材料與LED芯片組合，以芯片產(chǎn)生的近紅外光作為激發(fā)光源，通過上轉(zhuǎn)換發(fā)光的非線性多光子過程，實(shí)現(xiàn)玻璃的白光輸出，從而有望獲得高效節(jié)能的白光LED器件。
[0005]以LED芯片產(chǎn)生的近紅外光作為上轉(zhuǎn)換材料的激發(fā)光源，稀土摻雜玻璃通過上轉(zhuǎn)換過程發(fā)出白光。由于激發(fā)光源為近紅外光，不存在紫外污染問題。重金屬氧化物玻璃具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性、力學(xué)性能和化學(xué)性能，它不僅聲子能量低，而且易于制備、加工，用作LED中的發(fā)光材料，可以解決傳統(tǒng)熒光粉無法克服的問題，如粉體的涂布、熱穩(wěn)定性等問題。但是，在常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下，很難制備重金屬氧化物玻璃。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下無法制備重金屬氧化物玻璃的技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光重金屬氧化物塊體玻璃材料、以及其上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度提高的方法。
[0007]本發(fā)明提供了一種白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料，所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的組成包括占玻璃材料47-49被％的Ti02、占玻璃材料30-44wt%的La203、占玻璃材料3-4wt %的Zr02、占玻璃材料0.1-1.1wt %的Er203、占玻璃材料0.3-6.1wt%的Tm2O3以及占玻璃材料2.7-11.2wt%的Yb2O3，上述各組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%。
[0008]較佳地，所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的CIE色坐標(biāo)指數(shù)，CIE X為0.21-0.47，CIE Y 為 0.27-0.66。
[0009]又，本發(fā)明還提供了一種上述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的制備方法，所述方法包括:
1)按所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料中各組成的質(zhì)量百分比，稱量各組成的氧化物粉體均勻混合后在800— 1400°C煅燒；
2)將步驟I)中煅燒后的粉體，在無容器懸浮條件下、采用激光熔化，得到所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料。
[0010]較佳地，所述煅燒后的粉體先通過壓片機(jī)壓制為重量30-120mg的柱狀圓片，再在無容器懸浮條件下、采用激光熔化。
[0011]較佳地，煅燒的時(shí)間為6—12小時(shí)，升溫速率為5_15°C /分鐘。
[0012]較佳地，無容器懸浮技術(shù)的參數(shù)為:噴嘴的喉徑0.5-3mm，激光功率為30_90w，保溫時(shí)間3-6分鐘，實(shí)現(xiàn)懸浮所用的氣體為氧氣，氣體的壓力為l-10MPa。噴嘴是一種控制氣流的裝置。
[0013]另外，本發(fā)明還提供了一種微晶玻璃，所述微晶玻璃的組成包括占微晶玻璃47-49wt%的Ti02、占微晶玻璃30-44wt%的La2O3、占微晶玻璃3_4wt%的ZrO2、占微晶玻璃
0.1-1.1wt % ^ Er2O3.占微晶玻璃 0.3-6.1wt % ^ Tm2O3以及占微晶玻璃 2.7-11.2wt% 的Yb2O3，上述各組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%。
[0014]較佳地，所述微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度性能，為與其同組成的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的1-10倍。
[0015]而且，本發(fā)明還提供一種上述微晶玻璃的制備方法，所述方法包括:
將與所述微晶玻璃同組成的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料在830-930°C (優(yōu)選860-910°C )下熱處理。
[0016]較佳地，白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料雙面拋光至1-2_的厚度，再進(jìn)行熱處理。
[0017]較佳地，所述熱處理的升溫速率為5_15°C /分鐘，熱處理時(shí)間5 70分鐘。
[0018]本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明提出將氣懸浮無容器實(shí)驗(yàn)技術(shù)用于白光LED用發(fā)光材料的開發(fā)研宄中，這種研宄思路具有創(chuàng)新性。本發(fā)明的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物玻璃可用于替代LED光源中的熒光粉作為發(fā)光材料，利用發(fā)射近紅外光的半導(dǎo)體材料作為LED芯片，有望開發(fā)出新型的LED照明器件；
在近紅外光的激發(fā)下，稀土離子Er3+能夠發(fā)射綠光上轉(zhuǎn)換，Tm3+能夠發(fā)射藍(lán)光上轉(zhuǎn)換，Yb3+可以調(diào)節(jié)紅光上轉(zhuǎn)換在光譜中所占的比例。因此，在本發(fā)明中，通過調(diào)整三種稀土離子的摻雜濃度和比例，結(jié)合上轉(zhuǎn)換熒光光譜分析和CIE色坐標(biāo)的計(jì)算，可以確定能夠發(fā)射白光上轉(zhuǎn)換的稀土離子摻雜方式。本發(fā)明利用氣懸浮無容器實(shí)驗(yàn)技術(shù)，經(jīng)過多次無容器凝固實(shí)驗(yàn)，不斷優(yōu)化玻璃制備過程中的升溫速率、加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速率、氣體流速等懸浮實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制備出大體積、高質(zhì)量的橢球形或球形重金屬氧化物塊體玻璃，并通過調(diào)整摻雜稀土離子的濃度和比例，獲得了白光上轉(zhuǎn)換輸出，玻璃發(fā)射的白光上轉(zhuǎn)換的CIE指數(shù)CIEX為0.21-0.47，CIE Y為0.27-0.66。在重金屬氧化物塊體玻璃經(jīng)過拋光之后，利用可控?zé)崽幚砉に?，在玻璃基質(zhì)中析出微晶，從而獲得微晶玻璃。熱處理有利于使玻璃中的稀土離子在微晶中富集，并為稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光提供致密、強(qiáng)邊界的局部環(huán)境，減小稀土離子之間的無輻射弛豫造成的能量損失，從而最終提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。因此，在合適的條件下，通過對稀土離子三摻雜的重金屬氧化物玻璃進(jìn)行可控?zé)崽幚?，在玻璃基質(zhì)中析出一定數(shù)量的微晶，有效地提高了樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中制備的(Laa 757Era Cltl3Tmatl4Yba2)(Zraci5Tia95)2^5O6玻璃在980nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換熒光光譜；
圖 2 示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中制備的(La0.757Er0.003Tm0.04Yb0.2) (Zr0.05Ti0.95) 2.2506玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光在CIE色坐標(biāo)中的位置；
圖 3 示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中制備的(La0.757Er0.003Tm0.04Yb0.2) (Zr0.05Ti0.95) 2.2506玻璃的DTA曲線；
圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中制備(890°C保溫50min)的(Laa 757Eracitl3Tmatl4Yb0.2) (Zr0.Cl5Tia 95) 2.2506微晶玻璃及與其同組成的玻璃的上轉(zhuǎn)換熒光光譜。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明屬于發(fā)光材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是利用氣懸浮無容器技術(shù)制備一種白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃和提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的方法。本發(fā)明的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料以T12、La2O3和ZrO2三種氧化物為基質(zhì)材料，以Er2O3Jm2OjP Yb 203三種稀土氧化物為發(fā)光功能成分，屬于摻雜成分。六種氧化物的質(zhì)量百分比T12S 47-49% ,La2O3為 30-44%，ZrO2^ 3-4%, Er 203為 0.1-1.1%, Tm 203為 0.3-6.1%, Yb 203為 2.7-11.2% 0各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)加和為100%。
[0022]所述白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光塊體玻璃的CIE色坐標(biāo)指數(shù)CIE X為0.21-0.47，CIE Y為
0.27-0.66ο
[0023]按照各氧化物的質(zhì)量百分比進(jìn)行稱量配料，再將氧化物粉末混合均勻，利用酒精濕磨，煅燒，壓片，然后利用氣懸浮無容器技術(shù)進(jìn)行激光熔化和凝固，最終制備橢球形或球形塊體玻璃。通過調(diào)整稀土氧化物的摻雜濃度和比例，結(jié)合上轉(zhuǎn)換熒光光譜分析和CIE指數(shù)計(jì)算，確定能夠發(fā)射白光上轉(zhuǎn)換的玻璃材料的成分。使用該玻璃材料可以實(shí)現(xiàn)白光上轉(zhuǎn)換的輸出。
[0024]具體來說，本發(fā)明是將TiO2、La2O3、ZrO2、Er2O3Jm2O3和Yb 203各氧化物按照一定的質(zhì)量比例進(jìn)行配料混合，并利用酒精濕磨，再加熱至800-1400°C保溫6-12h煅燒，然后利用壓片機(jī)將粉末壓成30-120mg柱狀圓片，將圓片放入氣懸浮無容器設(shè)備的噴嘴中，利用激光進(jìn)行熔化，使原料成為球形熔體，氣懸浮無容器凝固過程中所用噴嘴的喉徑為O. 5-3mm，激光功率為30-90W，保溫時(shí)間為3-6min，待熔體均一化后，瞬時(shí)關(guān)閉激光，球形熔體獲得快速冷卻的效果，無容器凝固成橢球形或球形重金屬氧化物玻璃。
[0025]在近紅外光的激發(fā)下，稀土離子Er3+能夠發(fā)射綠光上轉(zhuǎn)換，Tm3+能夠發(fā)射藍(lán)光上轉(zhuǎn)換，Yb3+可以調(diào)節(jié)紅光上轉(zhuǎn)換在光譜中所占的比例。因此，在本發(fā)明中，通過調(diào)整三種稀土離子的摻雜濃度和比例，結(jié)合上轉(zhuǎn)換熒光光譜分析和CIE色坐標(biāo)的計(jì)算，可以確定能夠發(fā)射白光上轉(zhuǎn)換的稀土離子摻雜方式。本發(fā)明利用氣懸浮無容器實(shí)驗(yàn)技術(shù)，經(jīng)過多次無容器凝固實(shí)驗(yàn)，不斷優(yōu)化玻璃制備過程中的升溫速率、加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速率、氣體流速等懸浮實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制備出大體積、高質(zhì)量的橢球形或球形重金屬氧化物塊體玻璃，并通過調(diào)整摻雜稀土離子的濃度和比例，獲得了白光上轉(zhuǎn)換輸出，玻璃發(fā)射的白光上轉(zhuǎn)換的CIE指數(shù) CIE X 為 O. 21-0. 47，CIE Y 為 O. 27-0. 66。
[0026]本發(fā)明的白光上轉(zhuǎn)換重金屬塊體玻璃材料制備方便、工藝簡單、易于加工、耐腐蝕、機(jī)械性能良好、熱穩(wěn)定性高，有望用于白光LED器件，在替代LED照明器件中的熒光粉體材料方面具有應(yīng)用前景，在促進(jìn)LED技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、提高白光LED發(fā)光材料的質(zhì)量方面都具有重要意義。
[0027]本發(fā)明還提供一種提高氧化鈦基重金屬氧化物塊體玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的方法，主要是通過可控?zé)崽幚?，在玻璃基質(zhì)中產(chǎn)生一定數(shù)量的微晶，得到微晶玻璃，從而實(shí)現(xiàn)塊體玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的提高。
[0028]將上述白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光塊體玻璃進(jìn)行雙面拋光，再進(jìn)行可控?zé)崽幚?，獲得微晶玻璃，結(jié)合上轉(zhuǎn)換熒光光譜分析，確定熱處理前后樣品的發(fā)光強(qiáng)度變化規(guī)律；
即利用差熱分析儀器對重金屬氧化物塊體玻璃進(jìn)行可控?zé)崽幚?，在不同的加熱溫度和保溫時(shí)間下得到微晶玻璃，在相同條件下測試玻璃和微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換熒光光譜，經(jīng)過比較，在合適的熱處理?xiàng)l件下，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度得到了明顯的提高。
[0029]為了提高樣品的發(fā)光強(qiáng)度，還可以對其進(jìn)行可控?zé)崽幚怼＞唧w過程是將獲得的橢球形或球形玻璃進(jìn)行雙面拋光，拋光后玻璃片的厚度為1_2_。利用差熱分析儀器進(jìn)行可控?zé)崽幚怼崽幚項(xiàng)l件是以5-15°C /min的升溫速率將玻璃片加熱到830°C _930°C保溫0-70min，熱處理的氣氛為空氣，冷卻方式為風(fēng)冷，熱處理結(jié)果是在玻璃基質(zhì)中析出微晶。
[0030]將白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光塊體玻璃進(jìn)行雙面拋光，獲得玻璃圓片，圓片厚度為l_2mm。
[0031]將白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃圓片進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為830°C _930°C。將白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃圓片進(jìn)行不同保溫時(shí)間的熱處理，保溫時(shí)間為0-70min。
[0032]在重金屬氧化物塊體玻璃經(jīng)過拋光之后，利用可控?zé)崽幚砉に?，在玻璃基質(zhì)中析出微晶，從而獲得微晶玻璃。熱處理有利于使玻璃中的稀土離子在微晶中富集，并為稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光提供致密、強(qiáng)邊界的局部環(huán)境，減小稀土離子之間的無輻射弛豫造成的能量損失，從而最終提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。因此，在合適的條件下，通過對稀土離子三摻雜的重金屬氧化物玻璃進(jìn)行可控?zé)崽幚?，在玻璃基質(zhì)中析出一定數(shù)量的微晶，有效地提高了樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。
[0033]本發(fā)明提出將氣懸浮無容器實(shí)驗(yàn)技術(shù)用于白光LED用發(fā)光材料的開發(fā)研宄中，這種研宄思路具有創(chuàng)新性。本發(fā)明創(chuàng)新性地引入氣懸浮無容器技術(shù)用于無機(jī)氧化物玻璃的制備，成功地開發(fā)了一系列傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)難以獲得的磁學(xué)、電子和光學(xué)等性能優(yōu)良的功能材料。由于無容器實(shí)驗(yàn)技術(shù)避免了坩禍對材料的接觸與污染，能夠獲得深過冷，是制備組分均勻、高純少雜、結(jié)構(gòu)密實(shí)玻璃材料的有效技術(shù)手段，因此，本發(fā)明利用氣懸浮無容器技術(shù)制備了常規(guī)條件難以獲得的高熔點(diǎn)、低聲子能量、綜合性能優(yōu)異的重金屬氧化物塊體玻璃。本發(fā)明通過調(diào)整稀土離子的摻雜濃度和比例，優(yōu)化無容器制備工藝，獲得了有效的白光上轉(zhuǎn)換輸出。通過合適的熱處理工藝，能夠明顯提高樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。
[0034]本發(fā)明提出將無容器技術(shù)制備的新型白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料用作LED器件的發(fā)光材料，能夠解決傳統(tǒng)LED技術(shù)碰到的很多難題(如熒光粉料的涂布等)。只要在技術(shù)上突破玻璃的發(fā)光效率問題，就有望實(shí)現(xiàn)白光LED產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)，推動(dòng)LED照明技術(shù)的升級換代，因此，本發(fā)明在促進(jìn)LED技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、提高白光LED發(fā)光材料的質(zhì)量方面都具有重要意義。
[0035]以下進(jìn)一步列舉出一些示例性的實(shí)施例以更好地說明本發(fā)明。應(yīng)理解，本發(fā)明詳述的上述實(shí)施方式，及以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外，下述工藝參數(shù)中的具體配比、時(shí)間、溫度等也僅是示例性，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述限定的范圍內(nèi)選擇合適的值。
[0036]實(shí)施例
按照分子式(La0.757Er0.003Tm0.04Yb0.2) (Zratl5Tia95)2^5O6進(jìn)行配料，按照質(zhì)量比例稱取六種氧化物粉末，將它們混合均勻，利用酒精濕磨兩次，再將混合粉末進(jìn)行煅燒，氣氛為空氣，冷卻為隨爐冷卻，然后將粉末壓成柱狀圓片，每片的重量60-80mg，壓力5-9MPa。最后，將圓片放入氣懸浮無容器設(shè)備的噴嘴中，利用激光對圓片進(jìn)行熔化和無容器凝固，氣流為氧氣，激光功率為60-90W，待樣品完全熔化成球形并均勻后，快速關(guān)閉激光，獲得橢球形或球形重金屬氧化物玻璃。將玻璃進(jìn)行雙面拋光，獲得厚度為1.5mm的玻璃圓片，再在980nm連續(xù)激光激發(fā)下測量玻璃樣品的上轉(zhuǎn)換熒光光譜，結(jié)果如圖1所示。從光譜圖中可以看出，該玻璃獲得了紅光、綠光和藍(lán)光上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰，當(dāng)三者的強(qiáng)度比例合適時(shí)，就能夠調(diào)和出白光上轉(zhuǎn)換。將得到的上轉(zhuǎn)換熒光光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入CIE色坐標(biāo)指數(shù)計(jì)算軟件，獲得該玻璃發(fā)光的色坐標(biāo)值，分別為CIE X = 0.291,CIE Y = 0.3292，將色坐標(biāo)值代入計(jì)算軟件中，可以確定玻璃發(fā)光在色坐標(biāo)圖中的位置，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，玻璃的CIE指數(shù)正好落在白光區(qū)域，說明稀土離子三摻雜的重金屬氧化物玻璃確實(shí)輸出了白光上轉(zhuǎn)換。
[0037]對該玻璃樣品進(jìn)行熱分析，得到DTA曲線，如圖3所示。根據(jù)熱分析數(shù)據(jù)，玻璃的析晶起始溫度為870°C。然后在玻璃析晶起始溫度附近對玻璃進(jìn)行不同溫度和保溫時(shí)間的熱處理。分別在860°C，875°C，890°C和905°C溫度下進(jìn)行加熱，獲得相應(yīng)的微晶玻璃，利用熒光光譜測試微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度，并與前軀體玻璃樣品進(jìn)行比較。然后再在890°C下分別保溫0-60min，獲得微晶玻璃，在相同測試條件下記錄玻璃和微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換熒光光譜。經(jīng)過綜合比較，發(fā)現(xiàn)在890°C保溫50min時(shí)，樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度得到了明顯的提高，圖4是玻璃和890°C保溫50min的微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換熒光光譜。
【權(quán)利要求】
1.一種白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料，其特征在于，所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的組成包括占玻璃材料47-49wt%的Ti02、占玻璃材料30-44wt%的La2O3>占玻璃材料3-4wt%的Zr02、占玻璃材料0.1-1.lwt%的Er203、占玻璃材料0.3-6.lwt%的Tm2O3以及占玻璃材料2.7-11.2wt%的Yb 203，上述各組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料，其特征在于，所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的CIE色坐標(biāo)指數(shù)，CIE X為0.21- 0.47，CIE Y為0.27-0.66ο
3.—種權(quán)利要求1或2所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 1)按所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料中各組成的質(zhì)量百分比，稱量各組成的氧化物粉體均勻混合后在800— 1400°C煅燒； 2)將步驟I)中煅燒后的粉體，在無容器懸浮條件下、采用激光熔化，得到所述白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒后的粉體先通過壓片機(jī)壓制為重量30-120mg的柱狀圓片，再在無容器懸浮條件下、采用激光熔化。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，煅燒的時(shí)間為6—12小時(shí)，升溫速率為5-15 °C/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一所述的制備方法，其特征在于，無容器懸浮技術(shù)的參數(shù)為:噴嘴的喉徑0.5-3mm，激光功率為30_90w，保溫時(shí)間3_6分鐘，實(shí)現(xiàn)懸浮所用的氣體為氧氣，氣體的壓力為I一 10 MPa0
7.一種微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組成包括占微晶玻璃47-49wt%的T12,占微晶玻璃30-44wt%的La203、占微晶玻璃3_4wt%的Zr02、占微晶玻璃0.1-1.lwt%的Er2O3.占微晶玻璃0.3-6.lwt%的Tm2O3以及占微晶玻璃2.7-11.2wt%的Yb 203，上述各組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度性能，為與其同組成的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料的I一 10倍。
9.一種權(quán)利要求7或8所述微晶玻璃的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 將與所述微晶玻璃同組成的白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料在830-930°C下熱處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，白光上轉(zhuǎn)換重金屬氧化物塊體玻璃材料雙面拋光至1_2_的厚度，再進(jìn)行熱處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的升溫速率為5-15°C /分鐘，熱處理時(shí)間蘭70分鐘。
【文檔編號】C03C3/12GK104445929SQ201410617472
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】劉巖, 張明輝, 余建定, 于惠梅, 溫海琴, 艾飛, 潘秀紅, 高國忠, 湯美波, 蓋立君, 鄧偉杰 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所