[發明專利]一種快速固相燒結技術制備NaYF4基上轉換發光玻璃的方法

無效

• 申請號: 201310573415.3
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103601368A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 王連軍;袁新生;顧士甲;江莞
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于塊體功能玻璃類材料的制備領域，特別涉及一種快速固相燒結技術制備NaYF₄基上轉換發光玻璃的方法。

背景技術

在光致發光現象中，上轉換發光是一個非常重要的方面，利用上轉換發光也是獲得可見光波段激光的一條途徑。上轉換發光是在紅外光激發下，可持續發射波長比激發波長短的光。所謂的上轉換玻璃就是指受到光激發時，通過多光子機制把長波輻射轉換成短波輻射的熒光玻璃材料。隨著稀土分離、提純以及相關技術的不斷進步，稀土發光材料的研究和應用得到了顯著發展。從早期稀土發光材料的探索到現在稀土離子發光玻璃的研究和應用，使之在信息、激光、計算機、自動化、航空航天以及現代國防技術中有廣泛而重要的應用。

1961年Snitzer觀察到在鋇冕玻璃中Nd³⁺離子的被激活發射效應，由此揭開了稀土發光玻璃的研究。這使后來的激光器的制備成為了可能。1966年，Auzel在研究鎢酸鐿鈉玻璃時意外發現，當基質材料中摻入Er³⁺、Ho³⁺及Tm³⁺離子時，用紅外激發出的可見光亮度幾乎提高了兩個數量級，即所謂的上轉換發光。這以后對發光玻璃的大量研究集中于理論基礎和材料研制兩個方面。在理論基礎方面，主要運用現代分析測試方法研究玻璃中稀土離子的光譜特性及玻璃基質結構中配位體與摻雜激活離子的電子能級結構、輻射和無輻射躍遷、壽命等光譜性質的關系。在材料研制方面，根據結構與性能的關系，充分利用玻璃的物化性質、光譜性質等可隨玻璃成分在很大范圍內變化的特征，選擇合理的發光玻璃成分和激活離子，制備性能優越的發光玻璃。到了七十年代，發光玻璃在發光面板、示波器、顯示屏、玻璃閃爍器和劑量計等方面得到廣泛應用，電子束激發的陰極射線發光玻璃被應用于高分辨率發光面板和顯示屏，其圖象對比度和分辨率好，但陰極射線發光的硅酸鹽和鋁硅酸鹽玻璃其能量效率偏低。Reisfeld等研究了作為太陽能熒光濃集器的摻雜Nd³⁺、Uo²⁺、Cr³⁺離子的發光玻璃，其近紅外光與Si能隙匹配，可用于太陽能轉換，但量子效率偏低。

目前上轉換玻璃的制造技術主要有傳統的高溫熔融技術及溶膠－凝膠技術，其中高溫熔融技術是最常用的方法，通常采用將原料通過高溫熔融和熱處理制備上轉換玻璃。但是熔融法存在熔融溫度高和熔煉時間長的問題，導致摻入的熒光粉發生熔融、玻璃融化不均勻以及玻璃內部存在內應力等問題。目前一般通過選擇原料、嚴格控制熔融和熱處理工藝、后續熱處理等來緩解高溫熔融技術存在的問題。溶膠－凝膠技術是制備納米材料的一個常用方法，但是具有不易形成多組分玻璃，有時還會產生其它產物，致密度低等缺點。所以高溫熔煉技術是目前制備上轉換玻璃的一個主要方法，但是其存在的問題也是顯而易見的，例如溫度高、能耗大、時間長，導致添加的功能組分容易熔融、偏析等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種快速固相燒結技術制備NaYF₄基上轉換發光玻璃的方法，該方法比采用熔融法制備同組分的玻璃時燒結溫度低很多，且升溫速度快、燒結時間短。

本發明的一種快速固相燒結技術制備NaYF₄基上轉換發光玻璃的方法，包括：

（1）采用化學方法合成稀土摻雜的NaYF₄基上轉換發光粉體和基質粉體SBA-15；

（2）將上述稀土摻雜的NaYF₄基上轉換發光粉體和基質粉體SBA-15進行球磨混料，干燥后得到混合均勻的復合粉體；其中稀土摻雜的NaYF₄基上轉換發光粉體的質量百分數分別為0.1-5wt%；

（3）在真空、惰性氣氛或者還原性氣氛下將上述混合均勻的復合粉體進行放電等離子體燒結，燒結完成后冷卻至室溫，最后經過打磨、拋光，即得NaYF₄基上轉換發光玻璃。

所述步驟（1）中的合成稀土摻雜的NaYF₄基上轉換發光粉體的化學方法為溶膠-凝膠法、沉淀法、燃燒法、微乳液法或水熱法。

所述步驟（1）中的合成基質粉體SBA-15的化學方法為溶膠－凝膠法、均勻共沉淀法、微乳液法、水熱法、溶劑熱、模板法、金屬有機化學法、化學氣相反應法、化學氣相凝聚法、噴霧熱解法或電紡織法。