[发明专利]一种荧光颜色可调的氧化锌玻璃

说明书

一、技术领域

本发明公开一种荧光颜色可调的氧化锌玻璃及其制备方法，属于玻璃与其他材料的接合的技术领域。

二、背景技术

因其能阻挡紫外线并在可见光区透明，玻璃是一种价廉却应用非常广泛的光学材料，在建筑领域获得重要应用。为了扩大玻璃的应用范围和增强玻璃产品的竞争力，人们一直努力赋予玻璃新的功能。其中，充分利用太阳光中的紫外线，能使玻璃产生可见荧光的玻璃显得特别有吸引力，因为荧光玻璃所产生可见荧光将增强室内的光亮。

纳米氧化锌是一种宽禁带直接半导体，无毒，化学物理性能耐热耐光，它的带宽为3.3eV，可吸收波长小于375纳米的紫外光而透过对整个可见光区的光是透明的。在波长小于375纳米的紫外光照射下，纳米氧化锌可发出波长位于380纳米的紫光和波长位于500纳米左右的绿光，其中380纳米的紫光和500纳米左右的绿光之间的相对强度是受晶体中氧缺陷多少来决定的。若氧缺陷多，则绿光强紫光弱；反之则绿光弱紫光强。本发明将纳米氧化锌引入到玻璃体中，通过控制制备氧化锌玻璃过程中的烧结温度来控制纳米氧化锌晶体中氧缺陷多少，从而制成荧光颜色可调的氧化锌玻璃。这种荧光玻璃将原先被白白吸收掉的紫外线转换成有用的可见荧光，不仅仅增强了室内的光亮，而且有利于对太阳光中紫外线的吸收。

三、发明内容

本发明提供一种荧光颜色可调的氧化锌玻璃及其制备方法。所述的氧化锌玻璃含有玻璃组分和纳米氧化锌组分。

本发明所述的氧化锌玻璃，其特征在于纳米氧化锌组分的质量占复合材料质量的比例在百万分之一至百分之五十之间。

本发明所述的氧化锌玻璃，其特征在于：(a)能够有效地吸收波长小于375纳米的紫外光；(b)在400-1100纳米波段范围内的透射率大于50％；(c)在紫外光作用下能发射蓝色或绿色或白色荧光，其荧光峰位和颜色由材料的烧制温度决定。

本发明所述的氧化锌玻璃，其结构特征在于：(a)其中的纳米氧化锌组分具有晶体的性质而其中的玻璃组分具有非晶体的性质；(b)其中的纳米氧化锌组分分布在玻璃介质中或分布在玻璃介质表面上。

本发明所述的氧化锌玻璃，其特征在于制备步骤包括但不限于：(a)将细小的锌粉均匀分布在玻璃的表面上或将细小的锌粉与玻璃粉体充分混合，获得锌与玻璃的混合物；(b)将所述的锌与玻璃的混合物在含有氧气的气体中加热，加热温度在500至1500摄氏度之间，获得经过热处理的锌与玻璃的混合物；(c)将经过热处理的混合物注入模具冷却至室温或直接冷却至室温后，获得所述的荧光氧化锌玻璃；(d)通过改变材料的烧结温度从而制成荧光颜色不同的氧化锌玻璃。

本发明所述的纳米氧化锌，其特征在于具有纳米棒，纳米针，纳米线，纳米板，四足纳米针或多足纳米针的几何形状。

本发明所述的氧化锌玻璃，其特征在于：(a)材料的烧结温度决氧化锌玻璃的荧光颜色；(b)烧制温度在接近5 00摄氏度的低温区段时所制备的氧化锌玻璃具有蓝色荧光特性；(c)烧制温度在大于800摄氏度的高温区段时所制备的氧化锌玻璃具有绿色或白色荧光特性。

四、附图说明

图1是依据本实施方式所制备的纳米氧化锌晶体的吸收光谱图(上)和氧化锌玻璃的透射光谱图(下)；样品的烧制温度为500摄氏度。

图2是依据本实施方式所制备的氧化锌玻璃的荧光光谱图；实线代表在500摄氏度下烧制的氧化锌玻璃的荧光光谱图，虚线代表在800摄氏度下烧制的氧化锌玻璃的荧光光谱图。

图3是依据本实施方式所制备的氧化锌玻璃的色度坐标图。

五、具体实施方式

取一片硅酸盐玻璃板，洗净干燥后，将直径小于100纳米的锌粉均匀地撒在硅酸盐玻璃板上，然后将撒有锌粉的硅酸盐玻璃板导入加热炉中，炉温定在500摄氏度，加热时间为20小时。热处理完毕后，让加热炉在空气中冷却到室温后，取出硅酸盐玻璃板。用扫描电子显微镜对所制备的纳米氧化锌晶体进行形貌分析，发现氧化锌晶体呈纳米棒形状或纳米线形状。用透射电子显微镜对所制备的纳米氧化锌晶体进行分析，发现氧化锌晶体的晶格具有六角密堆结构。图1是依据本实施方式所制备的纳米氧化锌晶体的吸收光谱图(上)和氧化锌玻璃的透射光谱图(下)。有图1可以看出，纳米氧化锌晶体可吸收波长小于375纳米的紫外光，而由此所制成的氧化锌玻璃在整个可见光区的光是透明的。

其它参数不变，改变烧制温度为800摄氏度，制成800摄氏度下烧制的氧化锌玻璃。用扫描电子显微镜对所制备的纳米氧化锌晶体进行形貌分析，发现氧化锌晶体呈四足纳米针或多足纳米针的几何形状。分别测试在500和800摄氏度下烧制的氧化锌玻璃的荧光谱，发现在不同温度下烧制的氧化锌玻璃的荧光谱不同。图2是依据本实施方式所制备的氧化锌玻璃的荧光光谱图；实线代表在500摄氏度下烧制的氧化锌玻璃的荧光光谱图，虚线代表在800摄氏度下烧制的氧化锌玻璃的荧光光谱图。由图2可以看出，纳米氧化锌可发出波长位于380纳米的紫光和波长位于500纳米左右的绿光，其中紫光和绿光之间的相对强度是受材料烧结温度决定。若烧结温度高，则绿光强紫光弱；反之则绿光弱紫光强。用色度分析仪对氧化锌玻璃材料进行色度分析。图3是依据本实施方式所制备的氧化锌玻璃的色度坐标图。由图3可见，本实施方案所制备的氧化锌玻璃的色度坐标从蓝光区变换到绿光区。逐步在500至1500摄氏度之间改变烧结温度，分别逐个测量所烧制的氧化锌玻璃的色度坐标，发现所得到的色度坐标的变化范围局限于如图3中椭圆所示的区间。