專利名稱：Sm³⁺摻雜發光微晶玻璃及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種Sm3+摻雜發光微晶玻璃及其制備方法。具體的說，涉及一種Sm3+摻雜ZnO-B2O3-SiO2系發光微晶玻璃及其制備方法。屬于發光材料技術領域。發光玻璃作為一種新型材料，在熒光設備、應急照明、儲能材料、太陽能光電轉換材料、光電子信息等領域有著廣泛的應用。
背景技術：
隨著社會的發展和進步，新材料和高科技的發展都迫切需要研制與開發一系列新型材料。而隨著微晶玻璃研究水平的發展，人們對微晶玻璃的性能和質量提出了更高的要 求，于是具有一項或幾項功能的新型功能微晶玻璃應運而生，正日益成為高新技術領域的生力軍，成為材料科學研究的一個熱點。在眾多的微晶玻璃體系中，ZnO-B2O3-SiO2系微晶玻璃中由于硼本身具有助熔的作用，故ZnO-B2O3-SiO2系微晶玻璃比其它體系的微晶玻璃的熔化溫度要低，技術要求降低。鋅硼硅系玻璃是最常見也是用途最廣泛的一種玻璃材料，主要應用于建筑、汽車，裝飾、照明、光電等領域。且其用到的原料便宜，熔點較低，因此研究稀土離子在鋅硼硅系微晶玻璃中的發光是有實際應用意義的，可以拓寬其應用范圍，提高人們生活質量。目前，人們對稀土摻雜發光材料主要集中在Tb，Eu等稀土元素上，對于能吸收紫外光放出紅光的Sm研究較少，Sm的這一特性在光色轉換及白光發光二極管的暖色化上具有應用價值。國內外對鈣鎂硅等組分的微晶玻璃研究比較全面，而對于稀土摻雜容易分相的鋅硼硅系微晶玻璃發光性能的研究較少。

發明內容
本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種Sm3+摻雜發光微晶玻璃及其制備方法，Sm3+摻雜發光微晶玻璃作為一種新型的發光材料，因具有良好的物理化學穩定性、以及優于普通玻璃材料的發光性能而被應用于波導、激光、白光LED等領域。為解決上述問題，本發明采用如下技術方案
本發明提供了一種Sm3+摻雜發光微晶玻璃，所述Sm3+摻雜發光微晶玻璃為Sm3+摻雜ZnO-B2O3-SiO2系發光微晶玻璃，為以下化學式的物質=XZnO-YB2O3-ZSiO2-RNa2O-MAl2O3-NTi02-QZr02-TSm203，其中 Sm2O3 為激活劑，Ti02+Zr02 為復合晶核劑，式中 X、Y、Z、R、M、N、T 為質量系數，其取值分別為X=15 30，Y=17 23，Ζ=30 50，R=O 3，Μ=6 20，N=O 2，Q=O 2，T=O. 3 8。本發明同時提供了一種所述的Sm3+摻雜發光微晶玻璃的制備方法，以氧化鋅、硼酸、二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈉、二氧化鈦、二氧化鋯及三氧化二釤為原料，將上述原料研磨混合后，在1400 1550°C下熔融并成型制成玻璃，于500 550°C下對該成型制成的玻璃進行退火2 3h，降至室溫；再對其玻璃進行晶化處理，在550 575°C下核化2
2.5h，在720 740°C下晶化6 12h，最終獲得鋅硼硅系的微晶玻璃。
所述原料的質量份配比分別為氧化鋅12 26份，硼酸25 33份，二氧化硅25 44份,三氧化二招O 8份,碳酸鈉5 18份,二氧化鈦O I. 8份,二氧化錯O
I.8份，和三氧化二釤O. 25 7份。所述的氧化鋅、硼酸、二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈉、二氧化鈦、二氧化鋯為分析純，三氧化二釤的重量含量不低于99. 99%。本發明優化了實驗參數，以Ti02+Zr02為復合晶核劑，Sm2O3為激活劑，大大提高了發光性能，實現鋅硼硅系微晶玻璃的最佳發光性。由光譜性質可知摻雜Sm3+離子的玻璃可以把太陽光中的紫外光轉換成紅光，這樣就能利用此種玻璃來制備一系列高效的轉光材料。本發明采用摻雜稀土離子Sm3+的方式，制備出一種新型的發光微晶玻璃，由于稀土離子特殊的4f電子結構，稀土釤離子摻雜的玻璃具有良好的熒光特性，并且具有發光度純、物化性質穩定等優點。本發明的微晶玻璃還是一種晶態和非晶態的結合體，不但具有發光晶體的發光性能，而且具有玻璃的穩定性。本發明的制備方法中，工藝步驟簡單、工藝條件穩定可靠，應用廣泛。


圖I為本發明實施案例I的激發光譜。圖2為本發明實施案例I的發射光譜。圖3為本發明實施案例3的激發光譜。圖4為本發明實施案例3的發射光譜。圖5為本發明實施案例6的激發光譜。圖6為本發明實施案例6的發射光譜。圖7為本發明實施案例9的激發光譜。圖8為本發明實施案例9的激發光譜。圖9為本發明實施案例11的激發光譜。圖10為本發明實施案例11的激發光譜。
具體實施例方式實施例I
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤O. 26g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝，放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740°C下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。如圖I所示，本實施例微晶玻璃激發波長范圍為475 850nm，如圖2所示，本實施例微晶玻璃發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm,最大峰值為734. 9，且為橙紅色光，發光色度純。實施例2
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二衫O. 61g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。此微晶玻璃的激發波長范圍為475 850nm。發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為760，且為橙紅色光，發光色度純。 實施例3
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤O. 78g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。如圖3所示，本實施例微晶玻璃激發波長范圍為475 850nm，如圖4所示，本實施例微晶玻璃發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為910，且為橙紅色光，發光色度純。實施例4
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤O. 96g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。此微晶玻璃的激發波長范圍為475 850nm。發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為689，且為橙紅色光，發光色度純。實施例5
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二衫I. 13g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。此微晶玻璃的激發波長范圍為475 850nm。發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為668. 7，且為橙紅色光，發光色度純。實施例6
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二衫I. 48g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。如圖5所示，本實施例微晶玻璃激發波長范圍為475 850nm，如圖6所示，本實施例微晶玻璃發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為509. 1，且為橙紅色光，發光色度純。實施例7
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二衫I. 91g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。此微晶玻璃的激發波長范圍為475 850nm。發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為359. 3，且為橙紅色光，發光色度純。實施例8
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤2. 61g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化6h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。此微晶玻璃的激發波長范圍為475 850nm。發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為339. 9，且為橙紅色光，發光色度純。實施例9
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤O. 26g。將上述原料通過研缽研磨，獲得均勻的粉體。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740 V下晶化8h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。如圖7所示，本實施例微晶玻璃激發波長范圍為475 850nm，如圖8所示，本實施例微晶玻璃發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為562. 7，且為橙紅色光，發光色度純。實施例10
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤O. 26g。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575 °C下核化2h，在740 V下晶化10h，最終獲得23Zn0-22B203-42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。此微晶玻璃的激發 波長范圍為475 850nm。發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為571. 2，且為橙紅色光，發光色度純。實施方案11
稱量氧化鋅6. 91g、硼酸11. 71g、二氧化硅12. 63g、三氧化二鋁2. 41g、碳酸鈉2. 57g、二氧化鈦O. 72g、三氧化二釤O. 26g (O. 15%mol)。將研磨好的原料裝入剛玉坩堝放在電阻爐中，在1500°C溫度下熔融，接著將熔融的原料澆注成型制成玻璃，然后將其放入馬弗爐中，在575°C下核化2h，在740°C下晶化12h，最終獲得23Zn0-22B203_42Si02發光微晶玻璃。本實施例所得的微晶玻璃，在406nm藍紫光激發下呈橙紅色。如圖9所示，本實施例微晶玻璃激發波長范圍為475 850nm，如圖10所示，本實施例微晶玻璃發射波長范圍為350 525nm，當用406nm激發時，玻璃體610nm的熒光發射達到最佳，即其發射主峰位于610nm，最大峰值為655. 5，且為橙紅色光，發光色度純。最后應說明的是顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種Sm3+摻雜發光微晶玻璃,其特征在于,所述Sm3+摻雜發光微晶玻璃為Sm3+摻雜ZnO-B2O3-SiO2系發光微晶玻璃，為以下化學式的物質=XZnO-YB2O3-ZSiO2-RNa2O-MAl2O3-NTi02-QZr02-TSm203，其中 Sm2O3 為激活劑，Ti02+Zr02 為復合晶核劑，式中 X、Y、Z、R、M、N、T 為質量系數，其取值分別為X=15 30，Y=17 23，Ζ=30 50，R=O 3，Μ=6 20，N=O 2，Q=O 2，T=O. 3 8。
2.如權利要求I所述的Sm3+摻雜發光微晶玻璃的制備方法，其特征在于以氧化鋅、硼酸、二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈉、二氧化鈦、二氧化鋯及三氧化二釤為原料，將上述原料研磨混合后，在1400 1550°C下熔融并成型制成玻璃，于500 550°C下對該成型制成的玻璃進行退火2 3h，降至室溫；再對其玻璃進行晶化處理，在550 575°C下核化2 2.5h，在720 740°C下晶化6 12h，最終獲得鋅硼硅系的微晶玻璃。
3.如權利要求2所述的Sm3+摻雜發光微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述原料的質量份配比分別為氧化鋅12 26份，硼酸25 33份，二氧化硅25 44份，三氧化二招O 8份,碳酸鈉5 18份,二氧化鈦O I. 8份,二氧化錯O I. 8份,和三氧化二衫O.25 7份。
4.如權利要求2所述的Sm3+摻雜發光微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述的氧化鋅、硼酸、二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈉、二氧化鈦、二氧化鋯為分析純，三氧化二釤的重量含量不低于99. 99%ο
全文摘要
本發明公開了一種Sm3+摻雜發光微晶玻璃的制備方法，基本組成為XZnO-YB2O3-ZSiO2-RNa2O-MAl2O3-NTiO2-QZrO2-TSm2O3，以氧化鋅、硼酸、二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈉、二氧化鈦、二氧化鋯及三氧化二釤為原料，將上述原料研磨混合后，在1400～1500℃下熔融并成型制成玻璃，于500～550℃下進行退火2～3h，冷卻至室溫。再進行晶化處理，在550～575℃下核化2～2.5h，在720～740℃下晶化6～12h，最終獲得鋅硼硅系的發光微晶玻璃。本發明工藝步驟簡單、工藝條件穩定可靠，應用廣泛，具有良好的物理化學穩定性、以及優于普通玻璃材料的發光性能。
文檔編號C03C4/12GK102936096SQ20121045512
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者王覓堂, 李梅, 柳召剛, 胡艷宏, 岳鵬, 王明 申請人:內蒙古科技大學