專利名稱：鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型玻璃材料，尤其是一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
摻鉺材料上轉(zhuǎn)換發(fā)光在彩色顯示、光存儲(chǔ)、光電子以及醫(yī)療診斷方面有著巨大的應(yīng)用前景，近些年來(lái)受到廣泛研究。例如在光盤存儲(chǔ)中，由于光盤存儲(chǔ)的信息量是“讀寫頭”激光波長(zhǎng)倒數(shù)的平方的函數(shù)，若用短波長(zhǎng)的藍(lán)綠光激光器替代紅光“讀寫頭”，可將現(xiàn)有的光盤容量提高約4倍。據(jù)報(bào)道，日本Sony公司的研究人員利用515nm激光器，已成功地制成了容量7.7G比特的光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)。在激光打印設(shè)備中，藍(lán)綠光激光器可以提高打印速度和分辨率。與晶體材料相比，玻璃材料便于加工成光波導(dǎo)和光纖，因而成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的藍(lán)綠光激光器用基質(zhì)材料(參見在先技術(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率也就越高。玻璃的最大聲子能由低到高的排序?yàn)檠醴N酸鹽玻璃＜鍺酸鹽玻璃＜硅酸鹽玻璃＜磷酸鹽玻璃＜硼酸鹽玻璃。因而氧氟鍺酸鹽玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率遠(yuǎn)高于鍺酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃。(參見在先技術(shù)Zhongmin Yang，Shiqing Xu，Lili Hu，Zhonghong Jiang.Thermalanalysis and optical properties of Yb3+/Er3+-codoped oxyfluoridegermanate glasses，J.Opt.Soc.Am.B 21(2004)951)。此外，氧氟鍺酸鹽玻璃具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。因而，探索新型氧氟鍺酸鹽玻璃很有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，其包括如下組分，以摩爾百分比計(jì)GeO255％；BaCO310％；ZnO 10％；M2CO35％；Yb2O31％；Er2O30.5％；其中M為堿金屬。
上述的鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，還可包括摩爾百分比為0～18.5％的PbO。
上述的鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，還可包括摩爾百分比為0～18.5％的PbF2。
一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃的制備方法，步驟如下①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入坩堝中，置于1100～1200℃的電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至1050～1150℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1100～1200℃進(jìn)行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫即可。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明摻鉺氧氟鍺酸鹽玻璃具有高的轉(zhuǎn)變溫度、高的穩(wěn)定性。在50mW的激光泵浦下就可以獲得很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。該玻璃可以作為一種良好的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料。


圖1為本發(fā)明鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃的上轉(zhuǎn)換圖。
具體實(shí)施例方式組分(mol％)實(shí)施例1 實(shí)施例2 實(shí)施例3 實(shí)施例4GeO255 55 55 55PbO18.5 13.54.5 0PbF205 14 18.5BaCO3 10 10 10 10ZnO10 10 10 10M2CO355 5 5Yb2O311 1 1Er2O30.5 0.5 0.5 0.5Tg(℃)475 460 445 420Tx(℃)-- - -注Tg為玻璃轉(zhuǎn)變溫度，Tx為析晶起始溫度(四個(gè)實(shí)施例中均沒(méi)有析晶現(xiàn)象出現(xiàn))，M為堿金屬。上述為本發(fā)明鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃的4個(gè)具體實(shí)施例表1。
實(shí)施例1組成如表1中實(shí)施例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(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入剛玉坩堝中，置于1200℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短；③玻璃熔融后，降溫至1150℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1200℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至475℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為475℃，并且在475℃以上沒(méi)有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明該玻璃穩(wěn)定性很高。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測(cè)試上轉(zhuǎn)換光譜，發(fā)現(xiàn)在50mW的激光泵浦下就可以獲得很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。
實(shí)施例2組成如表1中實(shí)施例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(jì)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1200℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短；③玻璃熔融后，降溫至1150℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1200℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至460℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為460℃，并且在460℃以上沒(méi)有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明該玻璃穩(wěn)定性很高。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測(cè)試上轉(zhuǎn)換光譜，發(fā)現(xiàn)在50mW的激光泵浦下就可以獲得很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。
實(shí)施例3組成如表1中實(shí)施例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(jì)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1150℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短；③玻璃熔融后，降溫至1100℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1150℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；
⑤快速將玻璃放入已升溫至445℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為445℃，并且在445℃以上沒(méi)有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明該玻璃穩(wěn)定性很高。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測(cè)試上轉(zhuǎn)換光譜，發(fā)現(xiàn)在50mW的激光泵浦下就可以獲得很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。
實(shí)施例4組成如表1中實(shí)施例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(jì)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1100℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短；③玻璃熔融后，降溫至1050℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1100℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至420℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為420℃，并且在420℃以上沒(méi)有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明該玻璃穩(wěn)定性很高。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測(cè)試上轉(zhuǎn)換光譜，發(fā)現(xiàn)在50mW的激光泵浦下就可以獲得很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出。
在熔制過(guò)程中，熔制工藝控制不當(dāng)會(huì)造成玻璃邊緣微小失透。實(shí)驗(yàn)中我們獲得的該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度在420～475℃，并且在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上沒(méi)有析晶現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)該體系玻璃具有很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅綠光輸出，說(shuō)明該玻璃是一種良好的上轉(zhuǎn)換材料。
權(quán)利要求
1.一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，其包括如下組分，以摩爾百分比計(jì)GeO255％；BaCO310％；ZnO 10％；M2CO35％；Yb2O31％；Er2O30.5％；其中M為堿金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，其特征在于包括摩爾百分比為0～18.5％的PbO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，其特征在于的鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃，還可包括摩爾百分比為0～18.5％的PbF2。
4.一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃的制備方法，步驟如下①按權(quán)利要求1、2、3所述的玻璃組成的摩爾百分比計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入坩堝中，置于1100～1200℃的電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至1050～1150℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1100～1200℃進(jìn)行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述的坩堝為剛玉或鉑金坩堝，電爐為硅炭棒電爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型玻璃材料，尤其是一種鉺鐿共摻氧氟鍺酸鹽玻璃及其制備方法。該玻璃包括如下組分，以摩爾百分比計(jì)GeO
文檔編號(hào)C03C3/253GK1644544SQ200410093209
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者孫洪濤, 胡麗麗, 張麗艷, 張軍杰, 戴世勛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所