[發(fā)明專利]一種透明氟氧化物碲酸鹽玻璃

無效

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• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102515528A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 候朝霞;薛召露;王少洪
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: C03C3/23
• 分類號: C03C3/23
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 戚羽

技術領域

本發(fā)明涉及光學玻璃材料領域，具體涉及一種可實現(xiàn)上轉換發(fā)光的新型透明氟氧化物碲酸鹽玻璃及其制備方法。

背景技術

由于稀土元素特殊的電子層結構，當它的4f電子在不同能級之間躍遷時，它們可以吸收或發(fā)射從紫外、可見到紅外光區(qū)的各種波長的光譜，因此在長波長激光二極管抽運下，稀土離子摻雜的光學玻璃材料可以產生短波長的上轉換發(fā)光。上轉換發(fā)光在短波長激光器、光學通信、三維立體顯示技術、太陽能電池、醫(yī)療診斷等領域具有廣闊的應用前景。例如，染料敏化太陽能電池吸收290～700nm之間太陽光并轉換為電能，但是對占太陽光全部能量高達43％的紅外光卻利用甚微，所以利用上轉換發(fā)光材料將紅外光轉換為染料可以充分吸收利用的可見光對于提高電池的光電轉換效率具有重要的意義。

與其他發(fā)光材料相比，利用上轉換技術在玻璃中實現(xiàn)短波長激光輸出具有結構簡單、成本低的特點，因此稀土摻雜光學玻璃材料的研究備受關注。影響玻璃中稀土離子的上轉換發(fā)光強度的因素主要是基質的最大聲子能量和基質材料的穩(wěn)定性等。玻璃的基質聲子能量高，稀土離子的能級間的無輻射躍遷幾率大，上轉換發(fā)光強度和發(fā)光效率就越低。因此制備出低聲子能量的玻璃是實現(xiàn)上轉換發(fā)光實用化的關鍵。

碲酸鹽玻璃的熱穩(wěn)定性直接影響著材料的機械強度及實際應用性能。目前已報道的碲酸鹽玻璃的玻璃轉變溫度較低，熱穩(wěn)定性欠佳，且多含對人體和環(huán)境有害的Pb、Cd元素。熱穩(wěn)定性差意味著玻璃容易析晶和分相，進而導致材料脆性大、容易斷裂。提高稀土摻雜碲酸鹽玻璃的玻璃轉變溫度和熱穩(wěn)定性是實現(xiàn)碲酸鹽玻璃在發(fā)光領域應用的重要環(huán)節(jié)。因此，良好的熱穩(wěn)定性和光學性能是碲酸鹽玻璃在光纖和上轉換激光領域實現(xiàn)產業(yè)化的關鍵。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種透明氟氧化物碲酸鹽玻璃，通過引入熔點相對較高的氧化物(Al₂O₃)及熔點相對較高的氟化物(CaF₂和LaF₃)，獲得一種玻璃轉變溫度較高、熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的碲酸鹽玻璃，該碲酸鹽玻璃兼具有氟化物玻璃和碲酸鹽玻璃的優(yōu)點，且本發(fā)明的碲酸鹽玻璃組分中不含有對人體和環(huán)境有害的有毒重金屬Pb、Cd元素，是上轉換發(fā)光的理想基質材料。

本發(fā)明的技術方案為：

一種透明氟氧化物碲酸鹽玻璃，該透明氟氧化物碲酸鹽玻璃中各組分及其含量如下(mol％)：(55～75)TeO₂-(5～25)Al₂O₃-(0～18)CaF₂-(0～15)LaF₃。

一種透明氟氧化物碲酸鹽玻璃的制備方法為：

1、根據(jù)上述新型透明氟氧化物碲酸鹽玻璃的組分，選定透明氟氧化物碲酸鹽玻璃原料配方，其中，TeO₂和LaF₃為高純原料，CaF₂和Al₂O₃為分析純原料，按化學計量比稱量各原料。

2、將步驟1中的原料在行星式球磨機中均勻混料30分鐘后，倒入鉑金坩堝，并加蓋。

3、將步驟2中加蓋鉑金坩堝放入硅碳棒電阻爐中熔制，熔制溫度為850～1000℃，保溫30分鐘，然后升高50℃，再保溫30分鐘，得到均勻澄清的氟氧化物碲酸鹽玻璃液。

4、取下坩堝蓋，將澄清后的氟氧化物碲酸鹽玻璃液澆注在預熱的不銹鋼模具上進行成型，得到透明氟氧化物碲酸鹽玻璃。

5、將成型后的透明氟氧化物碲酸鹽玻璃迅速放入已升溫至該氟氧化物碲酸鹽玻璃的玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，保溫2小時去除玻璃體內應力，然后隨爐自然冷卻至室溫，最終制備出透明氟氧化物碲酸鹽玻璃。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種新型透明氟氧化物碲酸鹽玻璃。與傳統(tǒng)氧化物玻璃相比，氟氧化物碲酸鹽玻璃具有較低的最大聲子能量，低的熔制溫度，稀土離子溶解性好，較優(yōu)異的光學性能，大的發(fā)射截面和較高的折射率以及高的非線性折射率。與氟化物玻璃相比具有較好的穩(wěn)定性，容易制備等優(yōu)點。該氟氧化物碲酸鹽玻璃的玻璃轉變溫度較高，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，且不含有對人體和環(huán)境有害的有毒重金屬Pb、Cd元素。該氟氧化物碲酸鹽玻璃在上轉換發(fā)光領域具有巨大的實用化前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種透明氟氧化物碲酸鹽玻璃的DSC曲線。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。表1給出本發(fā)明10個具體實施例的透明碲酸鹽玻璃配方及成玻璃情況。

表1