[发明专利]一种掺铒含氟化钇钡纳米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料领域，尤其是涉及一种掺铒含氟化钇钡纳米晶的透明氟氧化物玻璃陶瓷及其制备。

背景技术

近年来，氟化钇钡作为一种高效的上转换基质材料引起了广泛的关注，研究表明氟化铒和氟化镱双掺的氟化钇钡单晶材料的上转化强度是氟化镧荧光材料的8倍，其绿光上转化效率可以达到磷化镓半导体激光器的水平(参考H.J.Guggenheim，Appl.Phys.Lett.15(1969)51)。良好的光学性能使得氟化钇钡单晶材料在固体激光器领域有广泛的用途，但是其单晶材料的制备工艺复杂，成本较高，因而开发其合适的替代材料意义重大。玻璃陶瓷是玻璃相和微晶组成的块体材料，可通过玻璃相在热处理时发生部分晶化而制得。当晶化相均匀分布于玻璃基体中，且晶粒尺度远低于入射光波长而达纳米量级时，便可获得透明玻璃陶瓷。本发明采用熔体急冷法及后续热处理技术，首次制备出了掺Er³⁺含BaYF₅纳米晶的透明玻璃陶瓷，该纳米晶具有极大的Er³⁺固溶度和良好的上转换发光特性。本发明还通过调整热处理温度，大幅度提高了上转换发光强度。

发明内容

本发明提出了一种掺铒含氟化钇钡纳米晶玻璃陶瓷的组分及其制备工艺，目的在于制备出结构稳定、可用于实现可见光高效上转换发射的透明玻璃陶瓷。

本发明的透明玻璃陶瓷组分为(摩尔比)：40SiO₂-25Al₂O₃-xBaCO₃-10YF₃-yBaF₂-zErF₃(x＝5～20，z＝0.1～3.0，y＝25-x-z)。

本发明采用如下制备工艺：将粉体原料按照一定组分配比研磨均匀后置于坩埚中，于电阻炉中加热到1300-1600℃后保温1-4小时，然后，将玻璃熔液快速倒入预热的铜模中成形；将获得的玻璃放入电阻炉中退火以消除内应力；退火后的玻璃继续在650-800℃加热保温1-10小时后使之发生部分晶化，便得到粉红色的透明玻璃陶瓷。粉末X射线衍射和透射电镜观察表明，晶化相是BaYF₅纳米晶，且Er³⁺离子进入纳米晶中形成固溶体。

FLS920荧光光谱仪测量结果表明，采用以上设计组分与制备工艺获得的玻璃陶瓷具有红外(976nm)激发绿光(525，540nm)和红光(660nm)发射的性能；此外，通过调整热处理温度，进而改变晶粒尺度，实现了上转换荧光强度的大幅度提高。

本发明工艺简单，可以低成本地获得高效的可见光上转换块体材料，该材料在固体激光器和光显示器件上具有重要的应用前景。

具体实施方式

实例1：将分析纯的SiO₂、Al₂O₃、BaCO₃、YF₃、BaF₂和纯度为99.99％的ErF₃粉体，按1.0ErF₃∶40SiO₂∶25Al₂O₃∶15BaCO₃∶10YF₃∶10BaF₂(摩尔比)的配比精确称量并混合；在玛瑙研钵中研磨半小时使其成为均匀的粉体，而后置于铂金坩埚中，在程控高温箱式电阻炉中加热到1450℃后保温1小时。然后，将融熔液快速倒入300℃预热的铜模中成形；获得的玻璃再放入电阻炉中，于500℃退火2小时后随炉冷却以消除内应力；退火后的玻璃继续加热至680℃并保温2小时，即得到粉红色的、掺杂1.0％Er³⁺离子的透明玻璃陶瓷。样品经过表面抛光处理，用FLS920荧光光谱仪测量可观测到红、绿光上转换发光信号。