鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃及其制備方法，該玻璃的組成為：46.7～49.3mol%SiO2，18～36mol%BaF2，8～27mol%ZnF2，0.7～1.3mol%Tb4O7，5～9mol%Yb2O3。該玻璃所選原料無毒環保且價格低廉，在近紅外光照射下可同時呈現紫外、紫、藍、綠、黃和紅光等多個波段的上轉換發光，該玻璃在多色可調諧上轉換激光器，三維立體顯示及生物探針等方面有重要應用價值。
【專利說明】鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及上轉換發光玻璃，特別是一種鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 稀土上轉換發光材料在短波長固體激光器、三維立體顯示、光學通信、紅外探測和 防偽以及生物醫療診斷等方面有巨大的應用前景，因而受到廣泛關注。
[0003] 在稀土離子中，Tb3+離子具有獨特的能級結構，Tb3+離子的 5D4能級熒光壽命可長 達幾毫秒，且它的上轉換發射光譜可同時包括紫外、紫、藍、綠、黃和紅光等發射，其中的藍、 綠和紅光發射都來自于Tb 3+離子的5D4能級。因此，Tb3+離子摻雜的上轉換發光材料在多色 可調諧激光器，三維立體顯示和生物探針等應用方面具有很大優勢。
[0004] 在稀土上轉換發光材料中，玻璃態材料在泵浦波長的選擇上較為寬泛，輸出波長 具有一定的可調諧性，且易于拉制成光纖，因而受到人們的普遍重視。在各種玻璃材料中， 氟化物玻璃由于具有低的聲子能量，因此具有高的上轉換發光效率。但氟化物玻璃的化學 穩定性和機械強度差，制備工藝復雜，難以拉制成光纖。和氟化物玻璃相比，氧化物玻璃有 較好的化學穩定性和機械強度，但氧化物玻璃的聲子能量較高，上轉換效率較低。因此，要 解決目前面臨的問題，需要尋找新的基質材料。氟氧化物玻璃兼具氧化物玻璃和氟化物玻 璃的優點，它既具有氧化物玻璃高的化學穩定性和熱穩定性，又具有氟化物玻璃低的聲子 能量，是一種理想的高性能光學基質材料。在目前已有的報道中，氟氧化物玻璃基質中或含 有劇毒的？6&和0(^ 2等重金屬氟化物，或含有價格昂貴的鑭系氟化物、6602或1^02等原料。 這些問題都限制了材料的實際化應用，因此，需進一步尋找新型的合適的基質材料。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種新型的無毒、環保、價格低廉且可在紫外、 紫、藍、綠、黃和紅光等多個波段實現上轉換發光的鋱鐿共摻氟氧化物玻璃及其制備方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明發光玻璃采取的技術解決方案如下：鋱鐿共摻氟氧 化物上轉換發光玻璃，其關鍵技術在于，該玻璃的組成及摩爾百分比含量如下： 組成 mol% SiO2 46. 7 ?49. 3 BaF2 18 ?36 ZnF2 8 ?27 Tb4O7 0· 7 ?L 3 Yb2O3 5 ?9〇
[0007] 以上所述的鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃的制備方法，其包括以下步驟： (1)根據上述鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃的組成，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進行熔融0. 5?1小時； (3) 將熔融后的玻璃液倒入預熱的模具中，在470?500°C進行退火4?6小時，然后 隨爐冷卻至室溫； (4) 將制得的玻璃進行切割、打磨和拋光后，即得所需樣品。
[0008] 采用上述技術方案所產生的有益效果在于： (1) 現有技術中制備氟氧化物玻璃所選原料或含有劇毒的PbF2XdF2等重金屬氟化物， 或含有價格昂貴的鑭系氟化物、GeO 2* TeO2等原料。本發明選用了無毒環保且價格低廉的 Si02、BaFjP ZnF 2作為原料，且該玻璃制備工藝簡單，有利于實際化應用； (2) 本發明將稀土鋱離子摻雜到所制氟氧化物玻璃中，用980 nm近紅外激光進行激發， 同時獲得了紫外、紫、藍、綠、黃和紅光的上轉換發射，其中的藍、綠和紅光發射都來自于Tb3+ 離子的 5D4能級。因此該材料在多色可調諧上轉換激光器，三維立體顯示和生物探針等方面 有重要應用價值。且本發明按實施例二中的組成配比進行制備時，可實現最強上轉換發射。
[0009] (3)本發明所制備的Tb3+/Yb3+離子共摻的氟氧化物玻璃，在980 nm近紅外激光激 發時，Yb3+離子先吸收能量后將能量傳遞給Tb 3+離子，由于Tb 3+離子沒有中間能級可以接受 來自單個Yb3+離子傳遞的能量，但可接受兩個Yb 3+離子同時傳遞給它的能量，從而使Tb3+離 子躍遷到高的能級，實現上轉換發光，即所謂的共協能量傳遞上轉換。共協能量傳遞上轉換 發生的可能性較小，但在本發明制備的樣品中實現了這種上轉換。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明鋱鐿共摻玻璃樣品的上轉換發射光譜。
【具體實施方式】
[0011] 以下結合具體實施例對本發明作進一步說明，但具體實施例并不對本發明作任何 限定。
[0012] 表1列出了本發明鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃具體實施例一至五的摩爾 百分比組成。
[0013] 表 1
【權利要求】
1. 一種鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃，其特征在于：該玻璃的組成及摩爾百分比 含量如下： 組成 mol% Si02 46. 7 ?49. 3 BaF2 18 ?36 ZnF2 8 ?27 Tb407 0? 7 ?1. 3 Yb203 5 ?9〇
2. 權利要求1所述的鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃的制備方法，其特征在于：其 包括以下步驟： (1) 根據權利要求1所述的鋱鐿共摻氟氧化物上轉換發光玻璃的組成，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進行熔融0. 5?1小時； (3) 將熔融后的玻璃液倒入預熱的模具中，在470?500°C進行退火4?6小時，然后 隨爐冷卻至室溫； (4) 將制得的玻璃進行切割、打磨和拋光后，即得所需樣品。
【文檔編號】C03C4/12GK104496177SQ201510019049
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月15日 優先權日:2015年1月15日
【發明者】馮麗 申請人:石家莊經濟學院