[发明专利]一种全谱段硫系玻璃材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种全谱段硫系玻璃材料，化学式为Ga_xLa_ySb_(40‑x‑y)S₆₀，其中x＝4‑12，y＝0.1‑28，效果最佳的化学式为Ga₁₀La₁₆Sb₁₄S₆₀或Ga₈La₁₀Sb₂₂S₆₀。本发明提供的全谱段硫系玻璃(GLSS玻璃)无毒、环境友好，玻璃的热稳定性和机械能优异，且玻璃可实现500nm‑14.5μm的透光，可以避免硫卤全谱段玻璃在红外波段杂质吸收及机械性能较差的问题。

技术领域

本发明属于红外光学玻璃材料领域，特别是全谱段硫系玻璃材料。

背景技术

多谱段成像技术具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率等优势，可实现多种观测数据的融合应用与分析，在遥感、医疗诊断、农业生产和自然资源管理等领域都具有非常重要的应用。尤其以搭载高分五号卫星为代表的“可见光+红外”波段智能多谱段成像系统，为我国在环境监测、资源勘查、防灾减灾和医疗防控等方面发挥了巨大作用。因此，研究智能多谱段成像、掌控具有自主权的多谱段遥感信息资源，对于满足国家军事、民用以及未来人工智能技术发展需求都具有重大战略意义。然而，目前能够满足全谱段(500-14000nm)透光且机械性能优异的材料只有ZnS和ZnSe晶体，此类材料折射率较小(一般用做负透镜)，制备工艺复杂、周期长，镜头加工效率低，造价昂贵，限制了其在多谱段成像系统中的应用。

相较ZnS和ZnSe等晶体材料，玻璃以其无规则网络结构特性可突破晶体生长和加工弊端。特别是硫系玻璃，受资源制约性小、价格相对低廉，透光范围根据组分可从可见光覆盖至红外波段(S基玻璃达12μm，Se基玻璃达16μm，Te基玻璃可达25μm)，且线性折射率连续可调(2.0-3.5)、折射率温度系数小(是锗的1/10)，透过率不随温度变化而改变，加之可用精密模压技术实现批量、低成本生产无热化镜头，被认为是替代Ge单晶的理想红外窗口材料。然而前期专利和文献报道的掺杂碱金属氯化物尽管可以勉强满足全谱段透光需求，但难以避免在红外波段引起的杂质吸收，且玻璃的热稳定性和硬度等机械性能较差，这些问题限制了该类玻璃在多谱段成像系统中的应用。

现有技术中，专利申请CN110571636A提供了一种硫化物增益光纤，采用稀土离子掺杂的Ga-Sb-La-S玻璃，并公开了化学组成式为20Ga₂S₃-(80-x)Sb₂S₃-xLa₂S₃，其中x＝1～7，稀土离子为Dy³⁺、Tm³⁺、Er³⁺中的一种。然而这种光纤掺杂了稀土元素离子，主要是做有源发光的，不涉及透光范围的问题，仅仅在波长2.5～5μm具有强的发光，不能实现良好的全谱段透光性。专利申请CN108101363A提供了一种中红外Ge-Ga-La-S硫系玻璃及其制备方法，结构式为80GeS₂-(20-x)Ga₂S₃–xLa₂S₃，其中摩尔分数x＝1-20，这种硫系玻璃虽然在最高波长仅仅能在大约11μm(即11000nm)的波长下达到不低于60％透光率，不能覆盖500-14000nm的红外光全谱段。专利申请CN111204973A同样提供了一种稀土掺杂的硫系薄膜，其原料为稀土掺杂的硫系玻璃，稀土元素为镧、镨、钕、钷、铽、镝、钬、铒、铥、镱中至少一种；硫系玻璃由锗、镓、砷、锑、卤化铯元素中至少一种分别与硫、硒、碲中至少一种组成，然而该专利是用来制备硫系玻璃的薄膜，制备方法明显不同，且并没有对全谱段的透光性进行研究。

发明内容