[发明专利]具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明微晶玻璃材料及其制备方法，尤其是具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料及其制备方法。

背景技术

Ga₂O₃是宽带隙半导体，由于其具有特殊发光性能及可能在发光二极管（LEDs），探测和显示等领域的重要应用近几年来受到越来越多的关注。Ga₂O₃的发光与能带和结构缺陷（如氧空位）密切相关，因此可通过掺杂和调控制备条件调节Ga₂O₃的发光性能。如通过Be，Ge，Sn的掺杂可获得绿色的发光（G. Blass, et al., J. Phys. Chem. Solids, 1970, 31, 707.）；通过N掺杂可获得红色的发光(S. C. Vanithakumari, et al., Adv. Mater., 2009, 21, 3581.)，通过还原气氛制备环境可在Ga₂O₃中引入氧空位，使其表现出蓝色波段的发光(T. Wang, et al., Chem. Commun., 2011, 47, 7161.)；通过In的掺杂形成(Ga_xIn_1-x)₂O₃固溶体，可获得覆盖蓝色波段到红色波段的可调控多色发光（S. S. Farvid, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 6711.）。

    随着光子学和光电子学的不断发展，人们对半导体发光材料的发光特征和材料形态等提出了新的要求。如白光二极管器件简化的发展要求希望目标发光材料可在紫外或蓝色光激发下发射白光；实体三维立体显示的实现需要发光材料的形态为具有高光学透明性的体相材料。因此，设计和构造容易加工、可获得大尺寸及发光性能可调控的新型透明块体发光材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料及其制备方法。

本发明的具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料，其内部含有尺寸为1～100纳米的纯Ga₂O₃量子点或者掺杂了F，Be，Ge，N，Sn和In元素的改性Ga₂O₃量子点，在能量高于带隙的紫外光或者能量小于带隙的红外光激发下，具有覆盖蓝色波段到红色波段的可调控多色发光。

制备具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料的方法，有以下两种：

方法一：

具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料的制备方法，其步骤是：

1）采用熔融法制备含有Ga和O元素的母体玻璃；

2）将上述母体玻璃在600～1000℃下保温2h，使其内部均匀析出Ga₂O₃量子点，得到具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料。

方法二：

具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料的制备方法，其步骤是：

1）采用熔融法制备含有Ga和O元素，以及掺杂F，Be，Ge，N，Sn或In元素的母体玻璃；

2）将上述母体玻璃在600～1000℃下保温2h，使其内部均匀析出掺杂有F，Be，Ge，N，Sn或In元素的Ga₂O₃量子点，得到具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料。

上述两种方法中，所说的母体玻璃可以是硅酸盐，磷酸盐，锗酸盐，硼酸盐，铝酸盐或卤氧化物玻璃。

本发明调控Ga₂O₃量子点发光性能的机理，是在母体玻璃中添加F，Be，Ge，N，Sn或In等元素，通过母体玻璃热处理析出Ga₂O₃量子点过程中，玻璃相中F，Be，Ge，N，Sn或In等特定元素发生原位的掺杂，调节Ga₂O₃量子点的带隙和缺陷结构，上述量子点由于能带或缺陷结构不同，在能量高于带隙的紫外光（如250nm）或者能量小于带隙的红外光（如800nm）激发下，具有覆盖蓝色波段到红色波段的可调控多色发光。

本发明优点：

1.本发明的具有多色可见发光的透明微晶玻璃材料，其发光特点可适用于LED器件、低压汞灯、高能射线探测仪和新型固体三维立体显示用发光材料。