[发明专利]提升氧化物玻璃荧光强度的方法

说明书

技术领域

本发明与掺稀土元素的硅酸盐玻璃成分及制造技术有关，更详细地说是指一种可以形成微纳米分相的玻璃，借助玻璃分相技术使得玻璃内的多数稀土离子扩散至其中一相，进而提升稀土离子在玻璃中荧光发光强度而提升氧化物玻璃荧光强度的玻璃成分与方法。

背景技术

由于硅酸盐玻璃(含石英玻璃)是以氧化硅四面体的原子结构为主体所构成，此种原子结构造成掺杂的稀土元素(例如铕离子、钕离子、铒离子等)的数量大约在3mol％以下，否则容易造成玻璃结晶而失去透光性。相较于硅酸盐玻璃，磷酸盐玻璃的组成结构较松散，也就是说，磷酸盐玻璃的材料本性是可以容纳较多的稀土离子进入其玻璃构造中，目前已有多篇文献与专利述及高稀土掺杂量磷酸盐玻璃的化学组成与制造方法，请参阅相关文献数据，不在此赘述。由于磷酸盐具有高稀土离子掺杂能力(10mol％以上)，且熔炼温度(约600℃至1300℃之间)比硅酸盐玻璃(1300℃至1600℃之间)低许多，显示其所形成的玻璃原子结构较石英玻璃松散。另外还有一种玻璃系统是以硼酸盐为主要玻璃形成结构，这种玻璃的原子结构比硅酸盐玻璃松散，所以也同样会呈现出低熔点(约400℃至1200℃之间)，由于结构松散所以可以容纳的稀土离子要比硅酸盐玻璃多。

上述三种玻璃成分系统中，一般而言，因为硅酸盐玻璃的强度、耐水性、耐化学侵蚀性、光学性质与耐用度等因素，使得目前商业化玻璃成分中几乎全是硅酸盐玻璃作为产品制造的主流，磷酸盐玻璃与硼酸盐玻璃虽然具有低熔点与较高的稀土元素掺杂量的优点，但因其结构比硅酸盐玻璃弱，耐化学性质与强度等因素使得玻璃不耐用，所以在商业产品中使用率低。

既然硅酸盐玻璃(含石英玻璃)是目前掺稀土元素玻璃的主流，特别是用于制造雷射玻璃、光纤雷射、荧光玻璃、以及相关具有发光能力的玻璃材料，因此，如何突破硅酸盐玻璃仅能容纳低于3％稀土元素的技术瓶颈，就成为荧光玻璃材料与制造技术的迫切课题。

发明内容

本发明的主要目的即在提供一种提升氧化物玻璃荧光强度的方法，其可提升玻璃中稀土元素的浓度与荧光效率，进而使荧光强度大幅提升。

为达成前述目的，本发明提供了一种提升氧化物玻璃荧光强度的方法，主要是利用玻璃分相技术使氧化物玻璃形成一强结构玻璃相及一弱结构玻璃相，该强结构玻璃相是三度空间网状连续结构，该弱结构玻璃相是连续式网状分布或独立点状分布、较弱结构玻璃相容易接纳稀土离子，用以使多数稀土离子可进入、集中于弱结构玻璃相内，进而可借助稀土离子浓度与荧光效率的提升而大幅提升氧化物玻璃的荧光强度。

附图说明

图1是本发明中添加不同浓度氧化铕对吸收光谱的变化图；

图2是本发明中添加不同浓度氧化铕对吸收光谱的另一变化图；

图3是本发明中掺铕硼硅酸钠玻璃在热处理700℃、时间12小时的显微相片；

图4是本发明中掺铕硼硅酸钠玻璃在热处理750℃、时间24小时的显微相片；

图5是本发明中掺铕硼硅酸钠玻璃在热处理700℃、时间60小时的显微相片；

图6是本发明中热处理时间对掺铕硼硅酸钠玻璃的荧光放射光谱影响的变化图；

图7是本发明中热处理时间对掺铕磷硅酸钠玻璃的荧光放射光谱影响的变化图；

图8是本发明玻璃分相前后的铕离子分布状况示意图；

图9是显示玻璃经过旋节分解机制(Spinodal decomposition)分相后的显微结构示意图；

图10是显示玻璃经过成核成长机制(nucleation and growth)分相后的显微结构示意图；

图11是由热力学中的玻璃分相自由能与化学成分变化图说明旋节分解相分离(spinodal decomposition)与成核成长相分离(nucleation and growth)的发生时机图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。