[發明專利]一種制備氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃的方法

有效

• 申請號: 201110116077.1
• 申請日: 2011-05-06
• 公開（公告）號: CN102225845A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 趙高凌;揭光濤;巴赫拉姆·格彌;韓高榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C3/095
• 分類號: C03C3/095
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及鋅鋁硅酸鹽玻璃的制備方法，尤其是制備氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃的方法。

背景技術

氧化鋅是一種新型的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶化合物半導體材料，通常存在三種晶型，六邊纖鋅礦結構、立方閃鋅礦結構，以及比較罕見的氯化鈉式八面體結構。相比較，纖鋅礦結構在三者中穩定性最高，它也是目前在納米晶應用方面研究最廣泛的一種半導體金屬氧化物。它具有優異的光學和電學特性，具備了發射藍光或近紫外光的優越條件，因而有望開發出紫外、綠光、藍光等多種發光器件。相比硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃，氧化鋅玻璃具有更好的理化性能，且易于摻雜作為發光中心的稀土離子。因此，含氧化鋅納米晶的玻璃在LED應用和近紫外/藍光光電器件應用等方面，受到國內外廣大學者的極大關注。

制備ZnO納米晶的方法有液相直接沉淀法、水熱法、氣相法、溶膠-凝膠法和高溫熔融法等。高溫熔融法由于設備簡單，反應參數簡單和反應過程易控制而得到廣泛應用，但通常情況是在晶體基質中得到的ZnO納米晶，需要復雜的反應過程才能制得。

發明內容

本發明的目的是提供一種操作方法簡單，成本低的制備氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃的方法。

本發明的制備氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃的方法，采用的是高溫熔融法，包括以下步驟：

1）將氧化鋅粉體、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和稀土氧化物放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中，氧化鋅粉體、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和稀土氧化物的質量比為35~43:25~36:15.2:14:0.2；

2）將步驟1）的坩堝放入高溫爐中，以7～10℃/min升溫速率升溫至1560℃，保溫2?h熔融；

3）將步驟2）的熔融液倒在300～500℃的銅板或石墨板上冷卻至室溫，然后在600～700℃熱處理2?h，得到氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃。

上述的稀土氧化物為氧化銪、氧化鏑和氧化鉺中的一種或幾種按任意比例的混合物。

本發明的有益效果在于：

本發明制備方法簡單，原料成本低廉，整個制備過程在空氣氣氛中進行，無需特殊裝置，所需設備簡單。本發明首次在鋅鋁硅酸鹽玻璃基體中經熱處理生成ZnO納米晶，納米晶顆粒尺寸均勻，直徑在10?nm左右，使玻璃基體的結構發生變化，產生的ZnO納米晶與稀土離子相互作用，有助于優化光學玻璃的光電學性能。

附圖說明

圖?1?是氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃的X射線衍射圖譜。

圖?2?是氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃的高分辨透射電鏡照片。

圖?3?是鋅鋁硅酸鹽玻璃在247?nm激發波長下的發射光譜，其中曲線a為未生成ZnO納米晶時的鋅鋁硅酸鹽玻璃，曲線b為有ZnO納米晶生成時的鋅鋁硅酸鹽玻璃。

具體實施方式

實施例?1

1）將氧化鋅粉體、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和氧化銪放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中，氧化鋅粉體、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和氧化銪的質量比為35:35.8:15.2:14:0.2；

2）將含配合料的坩堝放入高溫爐中，以10℃/min升溫速率升溫至1560℃，保溫2?h熔融；

3）將步驟2）的熔融液倒在300℃的銅板上冷卻至室溫，然后在650℃熱處理2?h，得到氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃。

產品的X射線衍射圖譜如圖?1曲線（a）所示，由圖可見，樣品衍射峰與纖鋅礦結構氧化鋅的標準圖譜一致，說明所得產品為纖鋅礦結構的氧化鋅納米晶。通過謝樂公式（Scherrer?equation）計算，其晶體平均直徑為10?nm。

實施例?2

1）將氧化鋅粉體、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和氧化鉺放入研缽，混合均勻后倒入坩堝中，氧化鋅粉體、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和氧化鉺的質量比為35:35.8:15.2:14:0.2；

2）將含配合料的坩堝放入高溫爐中，以7℃/min升溫速率升溫至1560℃，保溫2?h熔融；

3）將步驟2）的熔融液倒在500℃的石墨板上冷卻至室溫，然后在分別在700℃熱處理2?h，得到氧化鋅納米晶和稀土離子共摻的鋅鋁硅酸鹽玻璃。

產品的X射線衍射圖譜如圖?1曲線（b）所示，其衍射峰與纖鋅礦結構氧化鋅的標準圖譜一致，說明所得產品為纖鋅礦結構的氧化鋅納米晶。通過謝樂公式（Scherrer?equation）計算，其晶體平均直徑為10?nm。