[发明专利]一种析出LiAl5O8纳米晶的微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃，尤其涉及一种掺杂过渡金属离子的微晶玻璃。

背景技术

过渡金属离子长期用作晶体基质材料的激活离子，它们在近红外区(1000～ 1700nm)能够发射超宽带的荧光，主要源于过渡金属离子的发光属于d-d跃迁， 其价态电子与晶场直接相互作用，且对周围晶场环境比较敏感，在适合的晶体 基质中能够产生宽的荧光发射。由于晶体制备工艺要求高，且难以拉制成光纤， 因而限制了其在光纤放大中的应用。与晶体相比，玻璃制备工艺简单、成本低， 但过渡金属离子在玻璃基质中借助于玻璃晶格振动的非辐射跃迁相当大，量子 效率低，导致其掺杂玻璃的发光效率很低，为了提高过渡金属离子掺杂玻璃基 质材料的发光效率，采用微晶玻璃作为过渡金属离子掺杂的基质材料是一种很 好的方法。

微晶玻璃是通过对玻璃基体进行特定的热处理(受控核化、晶化)，使之长 出大量均匀分布的微小晶体而形成的一类特殊玻璃材料，它具有接近陶瓷的性 能，故又称为玻璃陶瓷。玻璃最大的优点是玻璃基质物化性质稳定，机械强度 高，缺点是其玻璃基质声子能量高，使得发光效率降低甚至无法获得；晶体也 具有低的声子能量，可以降低掺杂发光离子的无辐射跃迁几率，提高其量子效 率和发光效率。微晶玻璃兼有玻璃的易加工和晶体的低的声子能量优点，在固 体激光器、光通信和光信息等领域具有良好的应用前景。

LiAl₅O₈具有反尖晶石结构，其中一半的A1³⁺离子占据四面体格位，Li+离子 和剩下的A1³⁺离子占据八面体格位，和LiAl₅O₈具有相同结构的还有LiGa₅O₈和 LiFe₅O₈晶体。LiAl₅O₈尖晶石晶体中，既具有四面体格位，又具有八面体格位， 能提供弱的晶体场环境，是过渡金属离子理想的介质。2004年Corning公司研制 的含Li(Ga，Al)₅O₈和γ-(Ga，Al)₂O₃铝镓尖晶石透明微晶玻璃(见美国专利US 6,632,758 B2)，其报道的玻璃熔制温度为1550～1650℃，其熔制温度过高，不 利于玻璃成型和晶化，且生产成本也较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种熔制温度较低的析出LiAl₅O₈纳米 晶的微晶玻璃及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是，该析出LiAl₅O₈纳米晶的微晶 玻璃包括以下质量百分比的组分：

SiO₂                25～50％；

Al₂O₃               5～30％；

B₂O₃                5～15％；

Li₂O                5～15％；

K₂O                 0～15％；

CaO                 0～5％；

TiO₂                0～5％；

过渡金属离子        0.01～2％，

所述过渡金属离子为Ni²⁺、Co²⁺、Cr³⁺、Cr⁴⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、V³⁺或V⁵⁺中的任一种。