纳米晶透明微晶玻璃研究

发布时间：2018-06-09 06:00

  本文选题：自结晶 + 纳米晶　； 参考：《齐鲁工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：稀土掺杂透明微晶玻璃是一种新型的发光材料,其在激光器、上转换、光纤放大器、及半导体白光照明(W-LEDs)等领域存在潜在的应用前景,因此备受关注。微晶玻璃将纳米晶良好的光学特性和玻璃相优良的力学性能与化学稳定性的优点集于一体,所以人们想通过制备纳米晶透明微晶玻璃将二者的优点同时发挥。一般制备微晶玻璃首先通过熔融冷却过程获得基础玻璃,然后再对基础玻璃进行适当的热处理使之析出晶体。本研究采用一种全新的熔融冷却法制备了Yb3+/Er3+共掺纳米晶透明微晶玻璃,即玻璃熔体在冷却过程中自发地析出纳米晶,省去了传统的热处理过程。初步探讨了稀土氧化物和碱金属氧化物对磷硅酸盐玻璃熔体冷却过程中的自发结晶行为和上转换发光性能的影响。本文以P2O5-Al2O3-ZnO-R2O-SiO2和P2O5-Al2O3-MgO-R2O-SiO2 (R =Na2O, Li2O,K2O)系统作为研究对象。我们用熔融冷却法制备了未掺杂稀土和Yb3+/Er3+共掺的磷硅酸盐透明微晶玻璃。采用DSC、XRD和SEM以及吸收光谱和发射光谱等测试方法研究了碱金属氧化物的种类和含量以及Yb3+/Er3+对微晶玻璃析晶性能和光学性能的影响。主要研究结果如下：(1)在P2O5-Al2O3-ZnO-R2O-SiO2(R= Na, Li或K)系统磷硅酸盐玻璃中,当组成中碱金属氧化物仅含Na2O时,引入0.5%Yb203和0.125% Er2O3(摩尔分数)后晶体类型由Na3PO4变为Zn2SiO4; K2O取代部分Na2O未对掺杂前后的晶体类型产生影响,但是显著降低了Na3P04或Zn2SiO4的结晶度。Li20取代部分Na2O,掺杂前后熔体自发析出的晶体都是Li3PO4。对于上转换发光性能,结晶程度越高,上转换发射强度越大,与碱金属氧化物种类无关。(2)对Na2O-K2O和Na2O-Li2O逐步取代的P2O5-Al2O3-ZnO-R2O-SiO2磷硅酸盐玻璃系统中,Yb3+/Er3+共掺样品,K20和Na2O总量不变,随K20逐渐取代Na2O,析出晶体类型始终为Zn2SiO4晶体,但结晶度逐渐变小。伴随Li20逐渐取代Na2O,析出的晶体由Zn2SiO4逐渐变为Li3P04。混合碱效应使不同种类的碱金属离子之间相互阻挡,使许多物理性能出现非线性变化。另外,混合碱效应使二元碱金属氧化物的相互阻挡有利于光的吸收。(3)在P2O5-Al2O3-MgO-R2O-SiO2磷硅酸盐玻璃系统中,玻璃熔体冷却过程中,碱金属氧化物的种类对自主析晶行为和上转换发光有较大影响。在980nm泵浦下,玻璃样品表现出很强的Er3+在521,545和655 nm处的上转换发光性能。尤其是Li20取代部分Na2O会形成Li3P04晶体,抑制了Na3PO4晶体和AlP04晶体的形成,促进上转换发光。另外,对样品热处理后,由于结晶度的变化使稀土离子周围环境发生了改变。Na样品的绿光发射增强,NaK和NaLi样品变化较小(尤其对521nm处的绿光发射)。热处理使NaLi样品红光发射强度增大,而Na和NaK样品发射强度降低。
[Abstract]:Rare-earth doped transparent glass-ceramics is a new type of luminescent material. It has potential applications in laser, up-conversion, fiber amplifier, and semiconductor white light illumination (W-LEDs), so it has attracted much attention. The good optical properties of nanocrystalline and the advantages of good mechanical properties and chemical stability of glass phase are integrated in glass-ceramics, so people want to develop the advantages of both by preparing transparent glass-ceramics with nanocrystalline. In general, the basic glass was obtained by melting cooling process, and then the base glass was precipitated by proper heat treatment. In this study, Yb _ 3 / er _ 3 co-doped nanocrystalline transparent glass-ceramics were prepared by a new melt cooling method, i.e. the glass melt spontaneously precipitated nanocrystalline in the cooling process, thus eliminating the traditional heat treatment process. The effects of rare earth oxides and alkali metal oxides on the spontaneous crystallization behavior and upconversion luminescence of phosphorosilicate glass melt during cooling were investigated. In this paper, the system of P _ 2O _ 5-Al _ 2O _ 3-ZnO-R _ 2O-SiO _ 2 and P _ 2O _ 5-Al _ 2O _ 3-MgO-R _ 2O-SiO _ 2 Na _ 2O, Li _ 2O-K _ 2O) system is studied. The transparent glass-ceramics of phosphosilicate co-doped with rare earth and Yb _ 3 / er _ 3 were prepared by melt cooling method. The types and contents of alkali metal oxides and the effects of Yb 3 / er 3 on the crystallization and optical properties of glass-ceramics were studied by means of DSC-XRD, SEM, absorption and emission spectra. The main results are as follows: (1) in the P _ 2O _ 5-Al _ 2O _ 3-ZnO-R _ 2O-SiO _ 2o _ 2C = Na, Li or K) system, when the composition of the alkali metal oxide contains only Na _ 2O, The crystal type changed from Na _ 3PO _ 4 to Zn _ 2SiO _ 4 after the addition of 0.5 yb203 and 0.125% er _ 2O (mole fraction), and the substitution of K _ 2O for Na _ 2O did not affect the crystal type before and after doping. However, the crystallinity of Na _ 3P _ 04 or Zn _ 2SiO _ 4 was significantly decreased. Li _ (20) substituted part of Na _ 2O, and all the crystals spontaneously precipitated from melt before and after doping were Li _ 3PO _ 4. For upconversion luminescence, the higher the degree of crystallization, the greater the intensity of up-conversion emission. The K _ 20 and Na _ 2O contents of the co-doped samples K _ 20 and Na _ 2O of Na _ 2O-K _ 2O and Na _ 2O-Li _ 2O replaced by Na _ 2O _ 5-Al _ 2O _ 3-ZnO-R _ 2O-SiO _ 2 phosphorosilicate glass system were not changed. With K _ 20 gradually replacing Na _ 2O, the precipitated crystal type is always Zn _ 2SiO _ 4 crystal, but the crystallinity becomes smaller. With the substitution of Li _ 20 for Na _ 2O, the precipitated crystal gradually changed from Zn _ 2SiO _ 4 to Li _ 3P _ 04. The mixed alkali effect prevents different kinds of alkali metal ions from each other and makes many physical properties show nonlinear changes. In addition, the mixed alkali effect makes the mutual blocking of binary alkali metal oxides favorable to the absorption of light. 3) in the P _ 2O _ 5-Al _ 2O _ 3-MgO-R _ 2O-SiO _ 2 phosphosilicate glass system, the melt of the glass is cooled. The kinds of alkali metal oxides have great influence on the self-crystallization behavior and up-conversion luminescence. The glass samples showed strong up-conversion luminescence properties at 521545 and 655nm under 980nm pump. In particular, Li _ 3PO _ 4 crystal and AlP04 crystal can be formed by replacing part of Na _ 2O with Li _ (20), which can promote upconversion luminescence of Na _ 3PO _ 4 crystal and AlP04 crystal. In addition, due to the change of crystallinity, the green emission enhancement of Na / NaK and NaLi samples have little change due to the change of crystallinity (especially for the green emission at 521nm). The red light emission intensity of NaLi samples was increased and the emission intensity of Na and NAK samples decreased after heat treatment.
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ171.733

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本文编号：1999265