[发明专利]一种新型的光致发光透明玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型的光致发光透明玻璃陶瓷及其制备方法，属于稀土掺杂含磷酸盐纳米晶的透明玻璃陶瓷用于光学测温的技术领域。由原材料经过配料混合、配料熔融、淬冷成型、样品退火、样品切割和热处理得到具有稀土掺杂纳米晶的玻璃陶瓷。透明玻璃陶瓷兼备晶体和玻璃的一些优点：(1)相比玻璃，透明玻璃陶瓷在一定程度上提高了稀土发光中心的发光效率，并且化学稳定性和机械性能得到了很大的改善；(2)相比晶体，玻璃陶瓷组织致密，无气孔，并且制备成本低，合成周期短，易于实现大量生产。本发明的透明玻璃陶瓷配料简单易得，具有低制备成本、高发光效率、高透过率、高稳定性、高力学性能和发光波段可调等优点。

技术领域

本发明涉及一种光学测温的透明玻璃陶瓷及其制备方法，尤其包含有新型晶体的玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术

温度是表示物体冷热程度的物理量，是迄今为止测量得最多的物理量。温度的精确测定在科技、军事、工业生产等领域都有着非常重要的现实意义和研究价值。对于传统的接触式温度计，例如基于材料的热膨胀效应的玻璃液体温度计、气体温度计，基于塞贝克效应的热电耦温度计等，它们具有使用便捷、测量范围较广、测量准确、数据易于分析等优点，但是随着科学技术的迅猛发展，传统温度计在温度测量中面临着很多的困难与挑战，已经不能满足很多复杂的特殊环境，如微电子电路、生物细胞生长、强腐蚀性、强电场、强磁场等特殊环境或者移动的物体。因此，迫切需要研究、探索出一种新的快速响应、精确度高、可小型化的非接触式的光学温度探测技术，来解决传统温度传感器的一些不足。

近些年来，一系列利用光学方法测温的发光材料因其非接触式与快速响应等突出优点在温度传感测试方面得到迅速的发展，并实现了多种的光学测温技术，包括近红外测温、拉曼散射测温和荧光测温等。其中，近红外测温技术是基于黑体辐射原理实现测温，是一种常用于工业物体表面测温方式，但是存在表面发射和空间分辨率低等缺点并且很难用于微小设备；拉曼散射测温是基于分析不同温度下的拉曼震动方式实现测温，这个方法仅用于测量具有明显的拉曼效应物体的温度；荧光测温是基于稀土离子的荧光温敏特性实现测温，由于稀土离子的4f-4f跃迁，其具有很好的发光性质，在光学温度传感器方面展现出了巨大的优势，在温度传感方面具有重要的意义。因此，基于荧光温敏特性的测温方式受到了研究学者们的广泛关注和研究。用于荧光测温方式的材料中，常用的有粉末、薄膜和玻璃陶瓷材料等，用粉末样品做测温材料时，其透明度不好，只有样品的表面部分可以被有效的激发，激发和发射光不能渗透到样品内部，且能量有可能在内部深处通过能量转移而被损耗掉了；用薄膜样品做测温材料时，其机械强度和力学性能差，需要蒸镀到基板上才能固定；由于透明微晶玻璃材料存在“体积效应”，光学特性可以得到很大的改善并且化学和机械稳定性好，因而在光学性能上和实际应用上极具重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的光学测温材料存在的不足，提供一种新型的光学玻璃陶瓷及其制备方法，提高测试性能，降低成本，更加适用于光学测温的实际应用。

为了实现上述目的本发明采用的方案是：一种新型的光致发光透明玻璃陶瓷，由原材料经过配料混合、配料熔融、淬冷成型、样品退火、样品切割和热处理得到具有稀土掺杂纳米晶的玻璃陶瓷，其中原材料包括按照摩尔百分比计：Na₂CO₃ 15-25％，CaO 20-30％，P₂O₅ 5-10％，H₃BO₃ 30-50％，稀土离子0.5％-5％，ZrO₂作为晶核剂，称量为以上配料总重量的1％。稀土离子选自稀土氧化物Eu₂O₃、Sm₂O₃、Tb₄O₇和Nd₂O₃中的一种或多种。

按照以上原材料，本发明光致发光的透明玻璃陶瓷的制备方法主要通过如下几个步骤步完成：

步骤一，配料称取：按照以上的原材料的比例计算并称取制备透明玻璃陶瓷所需要的原材料。