[发明专利]含铁纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃的制备领域，更具体地说，涉及一种含铁纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法。

背景技术

掺金属粒子得到的复合材料是一种在光学、电子、抗菌以及催化等领域有着重要作用的功能材料。早在公元4世纪，罗马玻璃工人就懂得了在玻璃掺杂金、银等金属颗粒，制备出具有丰富、美丽色彩的玻璃制品。如今，随着非线性光学的发展，尤其自1983年美国科学家Jian和Lind研究了玻璃掺杂纳米颗粒后的三阶非线性性能之后，人们对玻璃中掺金属粒子的研究开始偏重于其光学性能方面。当金属纳米粒子被掺入玻璃时，玻璃基质将粒子彼此隔离开，形成量子点，使得电子的局域性和相干性增强，引起量子限域效应。同时，当金属纳米粒子的尺寸远小于光场波长时，作用于粒子上的电场也明显不同于周围的介质宏观场，其极化过程将改变局域的介电常数，从而产生介电限域效应。这些效应都会导致玻璃的非线性光学性能的显著提高，使具有非线性光学性能的复合材料在光存储、传输和开关等领域有着重要的应用优势，例如：与电子开关器件相比，全光光子开关器件具有开关时间短、节能以及寿命长等优点，将成为未来光电设备的重要组成部件。

目前，在玻璃基质中制备均匀分布的金属纳米粒子已成为国际物理、化学界的一个重要努力方向。常用的制备方法有：熔融法、离子注入法以及溶胶凝胶法等，这些工艺相对比较成熟。但是，这些方法也都存在着一些不足之处，例如：熔融法需要将金属盐与玻璃料混合后在高温下进行熔融，由于玻璃体系的粘度较大，金属颗粒要在玻璃基质中实现均匀分散不是件容易的事情；离子注入法是将金属以离子形式注入到玻璃基质中，再通过热处理得到金属纳米粒子，这种方法需要使用昂贵的离子注入设备，并且注入深度有限，金属纳米粒子只能分布在玻璃基质表面；还有一种方法是利用溶胶凝胶法在制备玻璃的同时将含有金属盐的溶液与玻璃溶胶混合，通过后处理能够得到含有金属纳米粒子的玻璃，金属纳米粒子的分散也相对比较均匀，但是这种方法制备玻璃，工艺复杂、生产周期较长，且玻璃制品的强度较低，达不到实用的要求。

发明内容

本发明要解决的一技术问题在于，针对现有的含有金属纳米粒子的玻璃的制备方法，金属纳米粒子在玻璃中的分散不均匀，或者工艺复杂、生产周期较长的缺点，提供一种含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其制备出的玻璃中的铁纳米粒子分布均匀，并且工艺简单、制备方便。

本发明要解决的又一技术问题在于，针对现有含有金属纳米粒子的玻璃，玻璃中的金属纳米粒子分散不均匀的缺点，提供一种含铁纳米粒子的多孔玻璃，其采用上述制备方法制作，玻璃中的铁纳米粒子分布均匀。

本发明解决其技术问题所采用的一技术方案是：提供一种含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，包括下述步骤：

步骤一：将含铁离子的化合物溶解于溶剂中，配制成浓度范围在1mol/L～1×10^-6mol/L的含铁离子的溶液；

步骤二：将多孔玻璃放置于步骤一所配制的含铁离子的溶液中，充分浸泡后，得到玻璃半成品；

步骤三：将步骤二所得到的玻璃半成品升温到150℃～550℃，保温1h～5h，再冷却到室温制备出所述含铁纳米粒子的多孔玻璃。

在本发明所述的含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述含铁离子的化合物为硝酸铁或氯化铁；所述溶剂为水或乙醇。

在本发明所述的含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述步骤二为：将多孔玻璃放置于步骤一所配制的含铁离子的溶液中，浸泡0.5h以上，然后取出多孔玻璃，用蒸馏水清洗多孔玻璃，并放到80℃～120℃的烘箱中干燥2h～3h，得到所述玻璃半成品。

在本发明所述的含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述步骤三为：将步骤二所制得的玻璃半成品放入管式炉在还原气氛的环境下，以2℃～3℃/min的速率升温到150℃～550℃，保温1h～5h，再冷却到室温制备出所述含铁纳米粒子的多孔玻璃。

在本发明所述的含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述还原气氛为CO、H₂、或N₂和H₂的混合气体存在的气氛。

在本发明所述的含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，为了使多孔玻璃所含的铁纳米粒子的含量增加，所述步骤一～三可重复进行。

在本发明所述的含铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述多孔玻璃内分布有微孔，微孔的孔径大小为4～100纳米，微孔的体积占玻璃总体积的25～40％。