[发明专利]稀土掺杂氟化物微纳晶-氟磷玻璃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光增益介质材料领域，特别是一种稀土掺杂氟化物微纳晶-氟磷玻璃复合材料及其制备方法。

背景技术

在固体激光器中，开发高品质的激光介质材料是一项基础和先导性的研究工作，对于产生高性能的激光振荡具有决定性的意义，探索优秀的激光材料始终是激光技术和新型功能材料研究领域的重要发展方向之一。传统的发光材料如玻璃由于其大尺寸制备简单、易于加工、掺杂均匀等优点成为各种稀土离子的掺杂基质而被广泛应用于多种领域。然而其发光效率较低，吸收和发射截面小、激光起振阈值高、输出效率低等缺点，限制了它的进一步发展与应用。而各种稀土掺杂的晶体材料则得益于其良好的发光性能而在发光材料领域占据重要地位。但是大部分光谱性能优越的稀土掺杂激光晶体存在制备条件苛刻、难以大尺寸制备、组成范围窄、受杂质影响大以及难以通过组成和工艺控制对材料性能进行优化和裁剪等问题，其发展受到了一定程度的限制。作为另一种新型激光材料的透明陶瓷则存在原料纯度要求高、制备设备要求高、气孔难于排除、杂质影响大等问题。

近年来一些研究者结合复合材料理念，将易于制备的稀土掺杂微纳晶体分散到低熔点聚合物基质中来制备一种新型复合发光材料，如LaF₃:Nd/PMMA，CaF₂:Er/PFCB-6F,LaF₃:Nd/PFCB-6F等。这种材料结合了基质材料的大尺寸制备和晶体良好的发光性能的特点。但是由于聚合物基质化学稳定性差，易老化，不耐高温，对红外光有较强的吸收等缺点，限制了这种复合材料的进一步发展。与聚合物相比，氟磷酸盐玻璃由于其低的声子能量，高的稀土溶解度，低的非线性折射率，高的耐水性和高的透过率（UV～mid-IR）而被广泛应用于光学材料领域，是一种很好的基质材料。

微纳晶体-玻璃复合材料是微纳晶体和玻璃的复合体，将易于制备的稀土掺杂微纳晶体均匀掺到低熔点玻璃基质中来制备一种新型复合材料。关于微纳晶体-玻璃复合激光材料的研究比较少，目前已报道的YAG:Er³⁺/Tm³⁺-碲酸盐玻璃复合材料则存在透过率较低，而且微纳晶体的掺杂量较低，荧光性能一般等问题（参考CGuanqi,etal.J.Phys.Chem.C2012,116,19941-19950）。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于通过组成设计与优化、制备工艺设计与优化而提供一种光学性能良好的稀土掺杂氟化物微纳晶-氟磷玻璃复合材料及其制备方法。该复合材料制备工艺简单，成本低，而且具有机械强度高、热膨胀系数可调、耐化学腐蚀和热稳定好等优点。与玻璃基质相比，稀土离子在复合材料中的发光强度有较大的提高，而且复合材料在可见光范围内的透过率可达65%～80%。

技术方案：本发明涉及一种稀土掺杂氟化物微纳晶体-玻璃复合材料，其特征在于该复合材料含有质量百分比为70～95%的氟磷酸盐玻璃和5～30%的稀土掺杂微纳晶体。

所述的稀土掺杂氟化物微纳晶体-玻璃复合材料，其特征在于稀土掺杂氟化物微纳晶体中，稀土离子可为Nd³⁺、Yb³⁺、Er³⁺的一种或两种，氟化物微纳晶可为MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂。其中氟磷酸盐玻璃的组分如下：

AlF₃：20～50mol%，

MF₂：30～60mol%，

NaF：2～20mol%，

NaPO₃：0～20mol%，

Al(PO₃)₃：1～15mol%。

其中，M表示二价碱土金属离子Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺中的一种或一种以上，上述组分含量百分数之和为100%。

所述的稀土掺杂氟化物微纳晶体-玻璃复合材料的制备方法，其特征在于制备方法中包括以下步骤：

（1）制备氟磷酸盐玻璃：

按配方称取原料，充分研磨混合均匀后倒入刚玉坩埚中，于高温升降炉内进行熔制，熔制温度为800～1000℃，保温30～60分钟，然后将玻璃液倒在冷模具上淬冷，制得基质玻璃。

（2）制备稀土离子氟化物微纳晶体