專利名稱：摻鉺鉍酸鹽玻璃及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及摻鉺鉍酸鹽玻璃，尤其是一種摻鉺鉍酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術：
摻鉺材料上轉換發(fā)光在彩色顯示、光存儲、光電子以及醫(yī)療診斷方面有著巨大的應用前景，近些年來受到廣泛研究。與晶體材料相比，玻璃材料便于加工成光波導和光纖，因而成為一種極具競爭力的基質(zhì)材料，參見在先技術P.V.dos Santos，M.V.D.Vermelho，E.A.Gouveia，Efficientenergy upconversion emission in Tm3+/Yb3+-codoped TeO2-based opticalglasses excited at 1.064μm，Appl.Phys.Lett.，90(2001)6550-6552。影響上轉換發(fā)光效率的主要因素是基質(zhì)材料的最大聲子能，最大聲子能越小，非輻射弛豫速率就越小，上轉換效率也就越高。在氧化物玻璃中，最大聲子能由低到高的排序為鉍酸鹽玻璃＜碲酸鹽玻璃＜硅酸鹽玻璃＜磷酸鹽玻璃＜硼酸鹽玻璃。因而鉍酸鹽玻璃的上轉換發(fā)光效率遠高于碲酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃。參見在先技術I.V.Kityk，J.Wasylak，J.Kucharski，PbO-Bi2O3-Ga2O3-BaO-Dy3+glasses for IRluminescence，J.Non-Cryst.Solids 297(2002)285-289。此外，鉍酸鹽玻璃具有很高的機械強度、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，能夠滿足實際應用的要求，參見在先技術S.Q.Man，E.Y.B.Pun，P.S.Chung.Upconversionluminescence of Er3+in alkali bismuth gallate glasses，Appl.Phys.Lett.，77(2000)483-485)。因而，探索新型摻鉺鉍酸鹽玻璃很有實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種摻鉺鉍酸鹽玻璃及其制備方法。該玻璃具有高轉變溫度、高穩(wěn)定性和強的上轉換發(fā)光。該玻璃可以作為一種良好的上轉換基質(zhì)材料。
本發(fā)明的技術解決方案如下一種摻鉺鉍酸鹽玻璃，其組成如下玻璃組分 摩爾百分比(mol％)Bi2O320-80PbO 10-70BaO+M2O7-20Yb2O3 2.5Er2O3 0.5其中M為Li或者Na本發(fā)明鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，包括如下步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900～1000℃的硅炭棒電爐中熔融，熔制時間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至850～950℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；
④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900～1000℃進行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫。
經(jīng)實驗證明本發(fā)明摻鉺鉍酸鹽玻璃具有高的轉變溫度、高的穩(wěn)定性。在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。該玻璃可以作為一種良好的上轉換基質(zhì)材料。


圖1為本發(fā)明摻鉺鉍酸鹽玻璃的上轉換圖。
具體實施例方式
本發(fā)明鉍酸鹽玻璃的7個具體實施例如表1所示表1組分(mol％)1#2#3#4#5#6#7#Bi2O380 70 6050 30 40 20PbO10 10 3027 50 47 70BaO+M2O 7 17 7 20 17 10 7Yb2O32.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5Er2O3 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5Tg(℃) 390 400 398 456 375 382 385Tx(℃) 475 490 499 565 480 482 575ΔT(℃)85 90 101 109 105 100 190注M為Li或者Na；Tg，Tx分別是玻璃轉變溫度和析晶起始溫度，ΔT＝Tx-Tg下面說明實施例的制備方法。
實施例1#組成如表1中1#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1000℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至390℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為390℃，Tx為475℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為85℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
實施例2#組成如表1中2#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；
③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1000℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至400℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為400℃，Tx為490℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為90℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
實施例3#組成如表1中3#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1000℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至398℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為398℃，Tx為499℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為101℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
實施例4#組成如表1中4#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至456℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為456℃，Tx為565℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為109℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
實施例5#組成如表1中5#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；③玻璃熔融后，降溫至850℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至375℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為375℃，Tx為480℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為105℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
實施例6#組成如表1中6#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；③玻璃熔融后，降溫至850℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至382℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為382℃，Tx為482℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為100℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
實施例7#組成如表1中7#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少決定熔制時間的長短；③玻璃熔融后，降溫至850℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進行澄清和均化，其時間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至380℃的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細的粉末，進行差熱分析。測得的Tg為385℃，Tx為575℃。根據(jù)以上兩個特征溫度可以計算出ΔT為190℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試上轉換光譜，發(fā)現(xiàn)在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出。
在熔制過程中，熔制工藝控制不當會造成玻璃邊緣微小失透。實驗中我們獲得的玻璃穩(wěn)定性參數(shù)ΔT85～190℃，并且在60mW的激光泵浦下就可以獲得很強的上轉換紅綠光輸出，說明該玻璃是一種良好的上轉換材料。
權利要求
1.一種摻鉺鉍酸鹽玻璃，其特征在于它的組成如下玻璃組分摩爾百分比(mol％)Bi2O320-80PbO 10-70BaO+M2O 7-20Yb2O32.5Er2O30.5其中M為Li或者Na。
2.根據(jù)權利要求1所述的摻鉺鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900～1000℃的硅炭棒電爐中熔融，熔制時間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至850～950℃，通入高純氧氣除水，通氣時間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900～1000℃進行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時后，以15℃/小時的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時的速度退火至80℃后，關閉馬弗爐，降溫至室溫。
全文摘要
一種摻鉺鉍酸鹽玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成為Bi
文檔編號C03B5/16GK1587140SQ200410054218
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月2日 優(yōu)先權日2004年9月2日
發(fā)明者孫洪濤, 溫磊, 胡麗麗, 張麗艷 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所