專(zhuān)利名稱(chēng)：磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及長(zhǎng)余輝玻璃的制備方法，尤其是一種磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)余輝材料是指能夠吸收和儲(chǔ)存外界光輻照的能量，然后在室溫下即可緩慢的以可見(jiàn)光的形式釋放這些能量的材料。它已被廣泛的用于應(yīng)急指示設(shè)備、弱光照明、工藝品和裝飾材料。
目前，國(guó)內(nèi)外報(bào)道的長(zhǎng)余輝材料主要是多晶粉末，由于其顆粒形狀、大小的不均勻性，使得它的應(yīng)用領(lǐng)域受到了一定的限制。與長(zhǎng)余輝粉末相比，玻璃具有均勻、透明、穩(wěn)定性好、各向同性的特點(diǎn)，易于制成各種不同形狀的產(chǎn)品諸如纖維和大尺寸模板。此外，玻璃中還可摻雜較高濃度的稀土離子，形成好的發(fā)光中心和缺陷中心，可獲得良好的長(zhǎng)余輝材料。因此，長(zhǎng)余輝玻璃具有更廣泛的應(yīng)用前景，它已被廣泛用于三維存儲(chǔ)、激光、光學(xué)放大器、光纖通訊、儲(chǔ)能和顯示等諸多領(lǐng)域。
制備長(zhǎng)余輝玻璃的傳統(tǒng)方法是高溫熔融法，例如申請(qǐng)?zhí)枮?00310115933.7的專(zhuān)利報(bào)道了一種硼硅酸鹽玻璃的制備方法，這種玻璃的制備方法是傳統(tǒng)的高溫熔融法，該法不能保證組分的均勻性，且燒成溫度較高，稀土離子的摻雜濃度也較小。
2003年19卷第5期《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》398～402頁(yè)報(bào)道了一篇題為”Tb摻雜SiO2→B2O3→NaF玻璃的制備及發(fā)光性質(zhì)”的文章，文中報(bào)道了Tb摻雜SiO2→B2O3-NaF玻璃的制備方法，該法具體步驟為按以下順序依次加入5ml正硅酸乙酯、7.61ml硼酸(0.5mol/L)、3.11ml氟化鈉(0.1mol/L)、0.2ml氯化鋱(0.1mol/L)、4.08ml乙醇和5ml硝酸(0.1mol/L)，總體積為25ml，混合攪拌0.5小時(shí)，制成透明均勻的溶膠，放入培養(yǎng)皿中，在15℃放置24h，變成透明的凝膠，然后按下述條件進(jìn)行退火處理50℃，0.07Mpa，48h；100℃，0.07Mpa，15h；200，6h；300℃，3h；400℃，2h；500℃，1.5h；600℃，1h；700℃，1h；800℃，1h退火處理后制成透明玻璃。按實(shí)驗(yàn)配比其組成(質(zhì)量比)為SiO2B2O3∶NaF＝100∶10∶1。該法是在壓力條件下燒成，工藝復(fù)雜，且鋱離子的摻雜濃度較低，玻璃的長(zhǎng)余輝性能不好。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃及其采用溶膠-凝膠法制備的方法。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃，選擇正硅酸乙酯、磷酸二氫氨和氧化鋅為主要玻璃基質(zhì)，檸檬酸為螯合劑，單摻入鋱離子，其玻璃摩爾組成用下式表示(a-x)ZnO-bP2O5-cSiO2-xRO-d Tb4O7其中RO為氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇中的一種；a、b、c、x均為摩爾系數(shù)，a55％～80％；b5％～45％；c10％～35％；x0～10％；d為摩爾百分含量0～2％。
上述RO的原料為碳酸鎂、碳酸鎂鈣、碳酸鍶、碳酸鋇中的一種。
本發(fā)明所述磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃的制備方法如下將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅和RO溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝0.5～3，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入50℃～90℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1200℃～1500℃恒溫0.5h～2h，退火處理0.5～3小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。
本發(fā)明所述磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃，也可采用傳統(tǒng)的高溫熔融法制得，其方法如下將玻璃基質(zhì)和摻雜的稀土離子研磨均勻后，加入剛玉坩堝中，在高溫爐中于1300℃～1500℃恒溫0.5h～2h，然后倒在鋼板上壓片，在450℃下退火0.5～3小時(shí)，冷卻至室溫，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃，移去激發(fā)光源，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝時(shí)間可達(dá)10小時(shí)。
本發(fā)明所述磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃無(wú)色、透明，用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃，移去激發(fā)光源，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝時(shí)間可達(dá)10小時(shí)。
本發(fā)明所述用溶膠-凝膠法制備長(zhǎng)余輝玻璃的方法，與傳統(tǒng)的高溫熔融法制備長(zhǎng)余輝玻璃的方法相比，具有在常溫下操作，熔融溫度低，可以在分子水平上均勻混合，準(zhǔn)確控制摻雜量并可大幅度提高摻雜濃度等特點(diǎn)。經(jīng)研究表明，用溶膠-凝膠法可以制備出摻雜性能和發(fā)光性能都很好的長(zhǎng)余輝玻璃。
圖1為本發(fā)明的磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃70ZnO-10P2O5-20SiO2-5Tb3+的余輝發(fā)光光譜圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1玻璃的摩爾百分比組成為73％氧化鋅、10％五氧化二磷、15％二氧化硅、2％氧化鈣、1.25％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子2倍摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅和氧化鈣分別溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝1，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入80℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)10小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1400℃恒溫處理2小時(shí)，450℃退火處理半小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)10小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
實(shí)施例2玻璃的摩爾百分比組成為65％氧化鋅、10％五氧化二磷、10％二氧化硅、5％氧化鎂、0.5％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子等摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅和氧化鎂分別溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝0.5，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入90℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)8小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1400℃反應(yīng)1小時(shí)，450℃退火處理2小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)8小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
實(shí)施例3玻璃的摩爾百分比組成為70％氧化鋅、20％五氧化二磷、10％二氧化硅、0.25％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子等摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝1，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入50℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)16小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1200℃反應(yīng)0.5小時(shí)，450℃退火處理1小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)8小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
實(shí)施例4玻璃的摩爾百分比組成為64％氧化鋅、10％五氧化二磷、25％二氧化硅、1％氧化鍶、0.125％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子2.5倍摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅和氧化鍶分別溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝3，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入60℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)14小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1400℃反應(yīng)1小時(shí)，450℃退火處理3小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)8小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
實(shí)施例5玻璃的摩爾百分比組成為60％氧化鋅、10％五氧化二磷、20％二氧化硅、10％氧化鋇、0.5％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子1.5倍摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅和氧化鋇分別溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝2，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入70℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)12小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1400℃反應(yīng)1.5小時(shí)，450℃退火處理1小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)9小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
實(shí)施例6
玻璃的摩爾百分比組成為70％氧化鋅、5％五氧化二磷、25％二氧化硅、1.25％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子2倍摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝1，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入80℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)10小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1500℃反應(yīng)0.5小時(shí)，450℃退火處理2小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)8小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
實(shí)施例7玻璃的摩爾百分比組成為60％氧化鋅、20％五氧化二磷、20％二氧化硅、0.5％氧化鋱。將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和與金屬離子等摩爾量的檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝1.5，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入70℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)12小時(shí)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1400℃反應(yīng)2小時(shí)，450℃退火處理1小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。用UV254nm的紫外線激發(fā)玻璃半小時(shí)，移去激發(fā)光源，玻璃發(fā)出明亮的黃綠色長(zhǎng)余輝，停止激發(fā)8小時(shí)后，在暗處玻璃的黃綠色長(zhǎng)余輝仍肉眼可辯。
權(quán)利要求
1.一種磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃，選擇正硅酸乙酯、磷酸二氫氨和氧化鋅為主要玻璃基質(zhì)，檸檬酸為螯合劑，單摻入鋱離子，其玻璃摩爾組成用下式表示(a-x)ZnO-bP2O5-cSiO2-xRO-d Tb4O7其中RO為氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇中的一種；a、b、c、x均為摩爾系數(shù)，a55％～80％；b5％～45％；c10％～35％；x0～10％；d為摩爾百分含量0～2％。
2.一種如權(quán)利要求1所述的磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃的制備方法，其特征在于將正硅酸乙酯溶于適量的乙醇，磷酸二氫氨和檸檬酸分別溶于蒸餾水，氧化鋅和RO溶于1∶1的硝酸，氧化鋱溶于濃硝酸，然后在攪拌的條件下將上述液體混合，攪拌1小時(shí)后調(diào)節(jié)pH＝0.5～3，繼續(xù)攪拌1小時(shí)形成溶膠，放入50℃～90℃水浴鍋經(jīng)溶膠-凝膠反應(yīng)，形成凝膠，放入100℃烘箱烘干，經(jīng)1200℃～1500℃恒溫0.5h～2h，退火處理0.5～3小時(shí)，得到無(wú)色、透明的長(zhǎng)余輝玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃的制備方法，其特征在于其中的RO的原料為碳酸鎂、碳酸鎂鈣、碳酸鍶、碳酸鋇中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磷硅酸鹽黃綠色長(zhǎng)余輝玻璃及其制備方法。它選擇正硅酸乙酯、磷酸二氫氨和氧化鋅為主要玻璃基質(zhì)，檸檬酸為螯合劑，單摻入鋱離子，其玻璃摩爾組成用下式表示(a－x)ZnO－bP
文檔編號(hào)C03C4/00GK101070222SQ20071006218
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月16日
發(fā)明者沈毅, 廉志紅, 曹玉霞 申請(qǐng)人:河北理工大學(xué)