一種過(guò)渡金屬離子共摻紫外激發(fā)可調(diào)發(fā)光玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高效能紫外激發(fā)的過(guò)渡金屬離子共摻可調(diào)發(fā)光玻璃及其制備方法。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括半導(dǎo)體照明工程、彩色顯示、光電子等。本發(fā)明以R2O-RO-R2O3-B2O3-SiO2硼硅酸鹽玻璃（R包括Na，K，Li，Ca，Ba，Sr，Zn，Al）玻璃為基質(zhì)，外摻適量的CuO，MnO2作為激活劑，SnCl2和/或SnO為還原劑，在紫外光激發(fā)下能夠發(fā)出各自的特征光，并存在由Cu+到Mn2+的能量傳遞，使Mn2+的發(fā)光顯著增強(qiáng)，光衰減時(shí)間顯著下降。制備方法包括（a）原料的選取，（b）玻璃熔制和（c）樣品的退火等三個(gè)步驟。對(duì)所得到的玻璃樣品做紫外透射光譜和熒光光譜測(cè)試。結(jié)果表明，玻璃在紫外和可見(jiàn)區(qū)無(wú)色透明，具備紫外（280-340nm）激發(fā)可調(diào)發(fā)光（包括白光發(fā)射）的性能。
【專利說(shuō)明】一種過(guò)渡金屬離子共摻紫外激發(fā)可調(diào)發(fā)光玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本次發(fā)明Mn2+，Cu+共摻硼硅酸鹽發(fā)光玻璃涉及半導(dǎo)體照明工程、彩色顯示、光電子等科技領(lǐng)域應(yīng)用所需發(fā)光材料及其制備方法，尤其涉及紫外發(fā)光芯片白光LED用發(fā)光材料。
【背景技術(shù)】
[0002]光致發(fā)光材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用與許多領(lǐng)域，例如固態(tài)激光，光纖放大，彩色顯示，光學(xué)存儲(chǔ)，半導(dǎo)體照明等。尤其是被稱之為“綠色照明”的LED半導(dǎo)體照明工程是20世紀(jì)90年代初從節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境出發(fā)提出的，現(xiàn)在已發(fā)展成為極具前景和影響力的高新【技術(shù)領(lǐng)域】朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。目前，伴隨著LED技術(shù)的廣泛應(yīng)用及潛在的市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，LED顯示出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?br> [0003]發(fā)光玻璃廣泛應(yīng)用于激光、光學(xué)放大器、光通訊、儲(chǔ)能和顯示等光電子高【技術(shù)領(lǐng)域】，如可以應(yīng)用于建筑、藝術(shù)、燈具、儀表盤、器皿等場(chǎng)合的長(zhǎng)余輝發(fā)光玻璃。發(fā)光玻璃還可以取代熒光粉，應(yīng)用在LED半導(dǎo)體照明中，這也是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)之一。[0004]稀土化合物的發(fā)光基于它們的4f電子在f_f組態(tài)之內(nèi)或f_d組態(tài)之間的躍遷，發(fā)光色彩鮮艷，發(fā)射波長(zhǎng)分布寬，熒光壽命跨度大，但由于稀土離子吸收峰很窄，不能高效吸收如太陽(yáng)光譜等連續(xù)光譜。與稀土化合物不同的是，過(guò)渡金屬離具有未填滿的d殼層，電子組態(tài)是3dn (0〈n〈10)，其最低的本征態(tài)在3dn組態(tài)中，激發(fā)態(tài)在外層，所以對(duì)周圍的晶體場(chǎng)環(huán)境敏感，其吸收光譜具有很寬的吸收帶，因而可以在很寬的光譜范圍內(nèi)做出響應(yīng)。
[0005]本發(fā)明開(kāi)發(fā)了過(guò)渡金屬離子Mn2+摻雜的硼硅酸鹽玻璃。二價(jià)錳離子具有3d5電子構(gòu)型，其d-d電子躍遷屬禁戒躍遷，激發(fā)效率低，衰減時(shí)間長(zhǎng)。本發(fā)明通過(guò)Cu+，Mn2+共摻顯著提高了 Mn2+離子的發(fā)光強(qiáng)度，同時(shí)縮短了發(fā)光衰減時(shí)間，并系統(tǒng)研究了發(fā)光性能以及Cu+和Mn2+之間的能量傳遞。此發(fā)光玻璃在紫外光激發(fā)下具有穩(wěn)定的可見(jiàn)發(fā)光，通過(guò)基質(zhì)玻璃組成和激發(fā)波長(zhǎng)的改變可以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)發(fā)射光的連續(xù)可調(diào)，包括發(fā)出白光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本次發(fā)明涉及一種過(guò)渡金屬離子共摻紫外激發(fā)可調(diào)發(fā)光玻璃及其制備方法。
[0007]本發(fā)明過(guò)渡金屬離子摻雜發(fā)光玻璃的組成通式為:
(10-20) Rl2O-(10-15) R20- (5-10) R3203_ (55-65) Si02-xCu0-yMn02-zSnCl2 (或 SnO)
通式中的Rl包括Na，K，Li，R2包括Ca，Ba, Sr，Zn，R3包括Al，B。在一定范圍內(nèi)改變基玻璃組成和發(fā)光離子的配比，可以調(diào)整發(fā)射光的色坐標(biāo)，得到不同色度的發(fā)光。此外，還原劑SnCl2 (或SnO)與發(fā)光離子Cu+，Mn2+的比例控制決定發(fā)光離子的還原效果。
[0008]Cu+離子的發(fā)光主要位于藍(lán)-綠光區(qū)域，并且發(fā)光波長(zhǎng)隨激發(fā)波長(zhǎng)的增加產(chǎn)生紅移。Mn2+離子主要產(chǎn)生綠-紅光寬帶發(fā)射，取決于所處晶體場(chǎng)環(huán)境。兩種離子同時(shí)存在于硼硅酸鹽基質(zhì)玻璃中可以產(chǎn)生覆蓋全部可見(jiàn)波段的寬帶發(fā)射，復(fù)合產(chǎn)生白光。所摻雜的兩種離子濃度須在合適范圍內(nèi)，分別設(shè)定為Cu+:0.05-0.5 mol%和1_3 mol%范圍內(nèi)，而Cu+對(duì)Mn2+的能量傳遞會(huì)導(dǎo)致Cu+的綠光減弱而Mn2+所發(fā)射的橙紅光增強(qiáng)。因此在以上濃度條件下，玻璃能在280 nm - 340 nm波長(zhǎng)范圍的紫外光激發(fā)下產(chǎn)生可調(diào)可見(jiàn)發(fā)光，包括發(fā)射不同色溫的白光。
[0009]本發(fā)明的過(guò)渡金屬離子共摻硼硅酸鹽發(fā)光玻璃的制備方法包括如下步驟: a)原料的選取
基質(zhì)玻璃所使用的原料分別是化學(xué)純氧化物，硼酸鹽和碳酸鹽，包括Na2CO3, K2CO3,Li2CO3, BaCO3, CaCO3, SrCO2, H3BO3, Al2O3, ZnO, SiO2, CuO, MnCO3, SnCl2, SnO0
[0010]b)玻璃的熔制
I)按照設(shè)計(jì)的玻璃組成精確稱量化合物原料，將稱量好的原料放入氧化鋁坩堝中。
[0011]2)將裝有配合料的坩堝放入電爐中熔制，熔制溫度:145(Tl550°C，保溫時(shí)間:3~4小時(shí)。
[0012]c)玻璃的熱處理
將熔制好的玻璃放入已升溫至550-650°C的電爐中保溫2-3小時(shí)，樣品隨爐冷卻至室溫取出。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
采用SiO2, H3BO3, BaCO3, Na2CO3為主要原料，CuO, MnCO3為激活劑，SnCl2為還原劑，按照表1所示的摩爾組成進(jìn)行配合料計(jì)算。
[0014]表1實(shí)施例1的玻璃組成(mol%)
【權(quán)利要求】
1.過(guò)渡金屬Cu，Mn共摻的硼硅酸鹽透明發(fā)光玻璃及其制備技術(shù) 玻璃組成為(moI %): (10-20) R2O- (10-15) RO- (0-5) R2O3- (5-20) B2O3- (45-65) Si02-xCu0-yMn02-zSnCl2 (SnO)(R=Na, K, Li, Ba, Ca, Sr.Zn, Al)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明玻璃，其特征在于，玻璃具有高紫外和可見(jiàn)透明性，具備紫外激發(fā)可調(diào)發(fā)光(包括發(fā)射白光)的性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的透明玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟: a)原料的選取 基質(zhì)玻璃所使用的原料分別是化學(xué)純化合物Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, BaCO3, CaCO3, SrO,H3BO3, Al2O3, ZnO, SiO2, CuO, MnCO3, SnCl2, SnO b)玻璃的熔制 1)按照設(shè)計(jì)的玻璃組成精確稱量經(jīng)過(guò)提純的單質(zhì)和化合物原料，將稱量好的原料放入氧化鋁坩堝中 2)將坩堝放入電爐中，將電爐升溫至145(T155(TC并保溫3~4小時(shí)，之后將坩堝放入已準(zhǔn)備好的550-600°C電爐中退火2-3小時(shí)，等樣品冷卻至室溫取出 c)樣品的加工 塊狀玻璃經(jīng)過(guò)切割成為2X (MOmm的玻璃片，經(jīng)過(guò)粗磨，細(xì)磨和拋光成為透明狀玻璃片以備測(cè)試。
4.根據(jù)權(quán)利要求3a)所述的方法，其特征在于，選取適當(dāng)純度的原料，減少由雜質(zhì)的引入引起的實(shí)驗(yàn)誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求3b)所述的方法，其特征在于，選取適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟群蜁r(shí)間有利于消除玻璃中的應(yīng)力，從而提高玻璃的機(jī)械性能。
【文檔編號(hào)】C03C3/11GK103922584SQ201410103735
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】蔡喬松, 周凡亮, 楊寧, 徐海源, 陳國(guó)榮 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)