[發明專利]一種含Te的多元硫系玻璃及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310429595.1
• 申請日: 2023-04-21
• 公開（公告）號: CN116409930A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 仵苗苗;沈祥;谷招峰;顧杰榮;賈光;夏克倫
• 申請（專利權）人: 寧波海洋研究院;寧波大學
• 主分類號: C03C3/32
• 分類號: C03C3/32;C03C4/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明屬于光學材料技術領域，具體涉及一種含Te的多元硫系玻璃及其制備方法和應用。本發明在硫系玻璃中摻入了碲元素，碲元素具有較高的原子質量和極化率，能夠顯著提高多元硫系玻璃的線性折射率；并且，碲元素可以拓寬多元硫系玻璃的紅外透過窗口，透過范圍可擴展到20μm以上。本發明提供的多元硫系玻璃在25℃和10μm波長下的折射率為3.0～3.23，高于現有硫系玻璃，其轉變溫度為173～191℃，在紅外窗口的透過率達55～60％。本發明通過原料混合、蒸餾提純、加熱熔制、降溫、淬火和退火等處理，得到高折射率的多元硫系玻璃，制備步驟簡單，操作方便，應用范圍廣，可以提高硫系玻璃的應用經濟效益。

技術領域

本發明屬于光學材料技術領域，具體涉及一種含Te的多元硫系玻璃及其制備方法和應用。

背景技術

硫系玻璃是以元素周期表VIA族中的硫(S)、硒(Se)和碲(Te)元素為主，并引入鍺(Ge)、鎵(Ga)、砷(As)和銻(Sb)等金屬元素所得到的無氧玻璃。硫系玻璃具有極高的非線性折射率系數n₂(2～20*10^-18m²/w)，是石英材料的100～1000倍。不僅如此，它在3～5μm和8～12μm透過窗口表現出極其良好的透過性能，折射率溫度系數僅為Ge的12.5～20.0％。相比于傳統的鍺單晶、硒化鋅和硫化鋅等晶體材料，具有性價比高和適用范圍廣等優勢，是性能非常優異的紅外光學材料。在光學系統中，精確掌握光學材料的性能參數是對其進行光學設計的基礎。因此，提高硫系玻璃的折射率和透過率等光學性能參數，對實現紅外光學系統微型化、輕型化和優質化發展起到關鍵性作用。

硫系玻璃按照核心元素種類，可以分為硫基玻璃、硒基玻璃和碲基玻璃。硫系玻璃作為紅外光學材料發展至今已有半個多世紀，現有的硫系玻璃主要有As-Se、Ge-As-Se和Ge-Sb-Se等硒基玻璃，但是這些硒基玻璃的線性折射率較低，在10μm處的線性折射率不超過2.8。例如，美國AmorphousM?aterials公司生產的AMTIR-2(As-Se)在10μm處的線性折射率是2.7703，AMTIR-3(Ge-Sb-Se)在10μm處的線性折射率是2.6027。這就限制了硫系玻璃在紅外光學系統中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含Te的多元硫系玻璃及其制備方法和應用，本發明提供的多元硫系玻璃在10μm波長的折射率為3.0～3.23。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供了一種含Te的多元硫系玻璃，包括以下元素組分：

Ge：10～20at％；As：30～50at％；Se：10～30at％；Te：20～40at％。

本發明還提供了上述方案所述多元硫系玻璃的制備方法，包括以下步驟：

將單質Ge、單質As、單質Se、單質Te和除氧劑混合后依次進行蒸餾提純、封裝、加熱熔制、降溫、淬火和退火，得到多元硫系玻璃。

優選的，所述蒸餾提純為真空蒸餾提純；所述蒸餾提純的真空度不高于10^-5mbar；所述蒸餾提純的料管端溫度為850～950℃，提純管端溫度為250～300℃，保溫時間不低于3h。

優選的，所述蒸餾提純前對所述混合所得混合體系預熱；所述預熱的溫度為100℃。

優選的，所述加熱熔制的溫度為250～900℃，保溫時間為32～37h；

優選的，所述降溫的終溫為450～480℃。

優選的，所述淬火為水淬，所述水淬用水的溫度為60～80℃；所述退火的溫度為168～185℃，退火速率為-3～-5℃/h。

優選的，所述除氧劑為Mg或Al；所述除氧劑的質量為單質Ge、單質As、單質Se和單質Te總質量的0.05～0.1wt％。