[發明專利]一種高效能紫外激發稀土和過渡金屬摻雜的發光玻璃及其制備方法

無效

• 申請號: 201110278261.6
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102424526A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 嚴祁祺;任晶;王偉;陳國榮
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C3/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及發光電子、照明工程科技領域、太陽光譜調制用發光材料及其制備方法，以及LED用稀土和過渡金屬摻雜發光玻璃。

背景技術

發光玻璃或者叫做熒光玻璃在固體激光器、光學放大器、光通訊、儲能和顯示等光電子高技術領域都具有很高的應用價值。現階段主要通過稀土離子或者過渡金屬離子作為活性發光中心產生熒光發射現象。稀土化合物的發光其光譜覆蓋了390-760nm的可見光區，發光色彩鮮艷，光吸收能力強，轉換效率高，但由于稀土離子吸收峰很窄，不能高效吸收如太陽光譜等連續光譜。而過渡金屬離子的發光原理和稀土離子截然不同，其吸收光譜具有很寬的吸收峰因而可以在很寬的光譜范圍內作出響應。從材料制作成本角度考慮，過渡金屬氧化物如MnO等其價格遠遠低于稀土金屬離子氧化物。然而，在氧化物玻璃中過渡金屬離子發光其能量利用率較低。一種提高過渡金屬離子發光效率的方法是加入發光敏化劑即通過能量傳遞的方式增強發光中心對能量的利用率。不久前我們課題組首次報道了通過摻入少量稀土離子敏化劑如Eu²⁺離子可以5倍增強氧化物玻璃中Mn²⁺可見發光。我們最新的研究發現在Mn²⁺和Eu²⁺共摻的硫化物玻璃中，Mn²⁺的可見發光強度可以提高到氧化物玻璃中的200倍，所發出的黃光肉眼清晰可見。這種高強度和高效率的黃光玻璃極有希望應用在LED照明領域。此外，由于Mn²⁺可見發光是通過紫外光激發Eu²⁺然后再通過Eu²⁺將能量傳遞給Mn²⁺而實現的，即Eu²⁺離子吸收紫外光再通過Mn²⁺發出可見光，這就避免了太陽能電池受紫外光激發產生“過熱電子”造成能量損耗，同時也增加了太陽能電池的光吸收效率。因而這種Eu²⁺和Mn²⁺共摻的硫化物玻璃在增強太陽能電池對太陽光譜利用率方面也極具應用潛力。

本發明開發了稀土離子Eu²⁺和過渡金屬離子Mn²⁺摻雜的Ge-Ga-S-CsCl玻璃，系統的研究了其發光性能以及Eu²⁺和Mn²⁺之間的能量傳遞。此發光玻璃在紫外光的激發下可以具有穩定的發光。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是公開一種稀土和過渡金屬共摻雜發光玻璃及其制備方法，以作為除了熒光粉以外的LED照明用的候選材料。本發明特別研究了Eu²⁺和Mn²⁺之間的能量傳遞，發現在此基質下Mn²⁺能高效得被Eu²⁺所敏化，從而很大程度提高發光強度。本發明的發光玻璃的制備方法包括如下步驟：

a)原料的選取

基質玻璃所使用的原料分別是單質Ge(99.999％)，Ga(99.999％)，S(99.999％)，化合物CsCl(99.9％)。摻雜離子所使用的原料是單質Eu(99.999％)及化合物MnCl₂(分析純)。

b)玻璃的熔制

1)選取直徑為10mm且一端封口的石英管，將其放入體積濃度為50％的氫氟酸溶液中浸泡10min，隨后放入110℃烘箱中烘干待用。

2)按照設計的玻璃組成精確稱量經過提純的單質和化合物原料，將稱量好的原料放入預處理過的石英管中，在140℃烘箱中烘1-2h以去除水分。在石英管口塞入一定大小的棉花，隨后進行抽真空至10^-3Pa，最后將石英管在高溫煤氧焰中封接。

3)將封接好的真空石英管放入特制的搖擺爐中以1～10℃/min的升溫速率升溫至600～1000℃，并保溫搖擺6～10h。然后搖擺爐以1～10℃/min的速率降溫至600～850℃并保溫搖擺1～2h，從而使玻璃內部更加均勻。之后將石英管從搖擺爐中取出并在水中淬冷成型。然后將石英管放入馬弗爐中，在200～400℃下(＜T_g)退火2～6h，關掉馬弗爐電源，樣品隨爐冷卻至室溫后取出。

c)樣品的加工

塊狀玻璃經過切割成為的玻璃片，經過粗磨，細磨和拋光成為透明狀玻璃片以備測試。

具體實施方式

實施例1

配方設計：

采用Ge，Ga，S，CsCl，Eu和MnCl₂為主要原料，按摩爾百分比，如表1所示組成稱取配合料10g。