微晶玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土離子摻雜的微晶玻璃，尤其是涉及一種用作上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的稀土離子摻雜的PbCljj晶玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光是指當采用波長較長的激發(fā)光照射摻雜稀土離子的樣品時，發(fā)射出波長小于激發(fā)光波長的光的現(xiàn)象。利用稀土離子的上轉(zhuǎn)換特性，可獲得廉價的、可在室溫下工作的和連續(xù)輸出紫藍綠光光纖激光器。上轉(zhuǎn)換激光可應用于彩色顯示器、數(shù)據(jù)儲存、信息技術(shù)、激光印刷以及醫(yī)療等各個領(lǐng)域。要提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率需降低基質(zhì)材料的聲子能量，這主要是因為較低的聲子能量可降低無輻射馳豫幾率的發(fā)生，提高稀土離子中間亞穩(wěn)態(tài)能級的焚光壽命，可有效的提尚上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率。？1^12晶體具有比氣化物更低的聲子能量，更適合作為稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)，稀土離子摻雜的PbClwa0體具有比稀土離子摻雜的氟化物晶體更高的上轉(zhuǎn)換效率，但PbCl2晶體易吸濕、需要特殊處理和儲存、難以制備、化學穩(wěn)定性和機械強度較差等缺點影響了其實際應用。
[0003]透明微晶玻璃是一種兼有晶體和玻璃優(yōu)點的新型光電子材料。目前氯化物透明微晶玻璃主要用作閃爍發(fā)光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，如公開號為CN103382089，名稱為“含Cs3LaCl6納米晶的透明硫鹵玻璃陶瓷及其制備”的發(fā)明專利申請公開了摻雜Nd 3+或Er 3+離子，以Cs3LaCl6S微晶相、玻璃相為硫化物的微晶玻璃，但硫化物的物化性能比氧化物要差，且在可見光短波長處不透，影響了上轉(zhuǎn)換發(fā)光輸出；如公開號為CN103951211，名稱為“稀土離子摻雜的LaCl3微晶玻璃及其制備方法”的發(fā)明專利申請也公開了一種微晶相為LaCl3、玻璃相為P2O5為主的微晶玻璃，摻雜的稀土離子為Ce 3+、Eu3+、Tb3+、Pr3+和Nd 3+中的一種，采用熔體急冷法和后續(xù)熱處理制備，具有較好的閃爍性能，用作閃爍發(fā)光材料。但是目前還沒有三價稀土離子Yb' Er' Tm3+和Ho 3+摻雜于PbCl 2微晶玻璃用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聲子能量低、無輻射躍迀幾率小、上轉(zhuǎn)換量子效率高、抗潮解、機械性能好、上轉(zhuǎn)換發(fā)光很強的稀土離子摻雜PbCljj晶玻璃及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種稀土離子摻雜的PbCl2微晶玻璃，其摩爾百分比組成為:S12 80.5?93mol%、PbCl2 6.5?15mol %、LnCl3 0.5?
4.5mol%，其中 LnCl3為 YbCl 3、ErCl3'TmCl3和 HoCl 3中的至少一種。
[0006]該微晶玻璃摩爾百分比組成為:Si02 80.5mol %、PbCl2 15mol %、TmCl3
0.5mol % N YbCl3 4mol%。
[0007]該微晶玻璃摩爾百分比組成為:Si0281mol%、PbCl2 15mol%、ErCl3 0.5mol%、YbCl3 3.5mol%。
[0008]該微晶玻璃摩爾百分比組成為:Si0285mol%、PbCl2 llmol%、ErCl3 0.2mol%、TmCl3 0.2mol%、YbCl3 3.6mol%。
[0009]所述的稀土離子摻雜的PbCljj晶玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)按摩爾百分比組成 S12 80.5 ?93mol%、PbCl2 6.5 ?15mol %'LnCl3 0.5 ?
4.5mol%，其中LnCl3S YbCl 3、ErCl3、TmCljP HoCl 3中的至少一種；稱取醋酸鉛及醋酸鐿、醋酸鉺、醋酸銩和醋酸鈥中的至少一種，其中醋酸鉛的份量按摩爾百分比組成中PbCl2的摩爾百分含量稱取，醋酸鐿、醋酸鉺、醋酸銩和醋酸鈥中的至少一種的份量分別按上述相同的摩爾百分比組成中LnCl3的摩爾百分含量稱取，并將上述醋酸鹽溶于去離子水中形成醋酸鹽溶液，在醋酸鹽溶液中加入三氯乙酸得到透明的混合溶液，其中三氯乙酸與醋酸鹽溶液中金屬離子總和的摩爾比為3: I ；
[0011](2)按與步驟(I)相同的摩爾百分比組成中S12的摩爾百分含量稱取正硅酸乙酯溶于乙醇中，得到正硅酸乙酯溶液，然后將步驟(I)制得的混合溶液與正硅酸乙酯溶液混合后攪拌I小時，再用稀硝酸調(diào)節(jié)其PH值至5，得到前驅(qū)液；
[0012](3)將步驟(2)得到的前驅(qū)液室溫陳化3周后置于烘箱，升溫至135°C干燥8天，得到透明的干凝膠；
[0013](4)將步驟(3)得到的干凝膠置于氮氣精密退火爐中，在450?470°C的溫度下熱處理10小時，然后再以10°c /小時的速率降溫至50°C，關(guān)閉精密退火爐電源，自動降溫至室溫，得到透明的稀土離子摻雜的PbCl2微晶玻璃。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:該微晶玻璃具有PbCl2晶體基質(zhì)材料的優(yōu)異上轉(zhuǎn)換性能和二氧化硅玻璃的機械強度、穩(wěn)定性和易于加工的特點；經(jīng)實驗證明:通過本發(fā)明的制備方法所制得的稀土離子摻雜PbCl2微晶玻璃透明、抗潮解、機械性能好、藍紫光透過率較高，具有聲子能量低、上轉(zhuǎn)換效率高等性能，可使上轉(zhuǎn)換激光器效率大大提高；此夕卜，該微晶玻璃的制備方法簡單且具有良好的可重復性，生產(chǎn)成本較低。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1得到的微晶玻璃X射線衍射(XRD)圖；
[0016]圖2為實施例1得到的Tm'Yb3+摻雜的PbCl 2微晶玻璃的970nm激光器激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜；
[0017]圖3為對比例I得到的Tm' Yb3+摻雜的PbF 2微晶玻璃970nm激光器激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]實施例1
[0020]Tm' Yb3+摻雜PbCl 2微晶玻璃的摩爾百分比組成為=S1 2 80.5mol %、PbCl215mol%、TmCl3 0.5mol%, YbCl3 4mol%，以上組成的制備微晶玻璃的工藝如下:
[0021](I)稱取醋酸鉛、醋酸鐿、醋酸銩，且份量分別按上述摩爾百分比組成中的PbCl2、YbCl3, TmCl3的摩爾百分含量稱取，將上述醋酸鹽溶于去離子水中形成醋酸鹽溶液，在醋酸鹽溶液中加入三氯乙酸得到透明的混合溶液，其中三氯乙酸與醋酸鹽溶液中金屬離子總和的摩爾比為3: I ；
[0022](2)按與步驟(I)相同的摩爾百分比組成中S12的摩爾百分含量稱取正硅酸乙酯溶于乙醇中，得到正硅酸乙酯溶液，然后將步驟(I)制得的混合溶液與正硅酸乙酯溶液混合后攪拌I小時，再用稀硝酸調(diào)節(jié)其PH值至5，得