鍺酸鹽氟氧化物玻璃的制備及性能研究.pdf

1、鍺酸鹽玻璃具有較低的聲子能量、較寬的紅外透過范圍和良好的玻璃形成能力，在紅外窗口材料方面具有廣闊的應用前景。相對于其他透紅外材料，鍺酸鹽玻璃具有制備簡單、化學穩(wěn)定性好、抗熱震性能優(yōu)良、紅外波段透過率高等優(yōu)點。本文工作以鍺酸鹽，鍺硅酸鹽氟氧化物玻璃及其微晶玻璃為基質(zhì)，一方面旨在研究氟化物的引入對OH基在近紅外吸收的影響，并與硅酸鹽玻璃體系進行對比，另一方面旨在開發(fā)出一種稀土離子溶解度高，發(fā)光效率高，可以在紫外光或紫光激發(fā)下發(fā)射出橙紅光的在

2、熒光粉及光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜有潛在用途的稀土離子摻雜光學玻璃。
　　 本文首先回顧了鍺酸鹽玻璃應用領域，稀土離子摻雜鍺酸鹽玻璃的研究進展及氟氧化物微晶玻璃研究現(xiàn)狀。在此基礎上，用高溫熔融-退火，淬火及熱處理方法分別制備了未摻雜和摻雜稀土離子的硅酸鹽氟氧化物玻璃，鍺酸鹽氟氧化物玻璃，鍺硅酸鹽氟氧化物玻璃及稀土離子摻雜氟氧化物微晶發(fā)光玻璃。處理后的樣品用X射線衍射、透射光譜、差熱分析及熒光光譜等手段分析了其微觀結(jié)構(gòu)、光學及熱學等性能。具體研究

3、內(nèi)容和主要結(jié)果如下：
　　 (1)利用高溫熔融.退火方法，選擇合適的溫度制度，制備了熔化質(zhì)量好、可見-紅外透過率較好的硅酸鹽，鍺酸鹽氟氧化物玻璃。通過氟化物的引入，降低了玻璃體系的熔融溫度，一般來說，硅酸鹽玻璃的熔融溫度在1600℃以上，而本研究所制備的硅酸鹽和鍺酸鹽玻璃溫度分別為1550℃和1500℃。通過測試樣品透射光譜發(fā)現(xiàn)，所制備的鍺酸鹽氟氧化物玻璃在可見-近紅外的透過率良好，不存在OH基在1.5μm左右的強烈吸收，因此是

4、一種潛在的近紅外窗口材料。
　　 (2)研究了堿金屬離子對釤離子摻雜的氟氧化物玻璃發(fā)光性能和熒光猝滅濃度的影響，在硅酸鹽玻璃體系中，SK(硅酸鹽氟氧化物含鉀離子)玻璃體系的發(fā)光性能最好，其熒光猝滅濃度為1.5％；在鍺酸鹽玻璃體系中，GL(鍺酸鹽氟氧化物含鋰離子)玻璃體系的發(fā)光性能最好，其熒光猝滅濃度為2.5％，該玻璃體系中稀土離子溶解度，熒光猝滅濃度普遍較硅酸鹽玻璃體系有大幅提高。
　　 (3)研究了熱處理溫度對SK10

5、玻璃體系結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。樣品在660℃熱處理4 h后，XRD譜圖中表現(xiàn)出明顯的析晶峰，主要歸屬于Ba3AlF9相；而700℃熱處理4 h后的樣品，同時析出Ba3AlF9相和BaAl2Si2O8相，出現(xiàn)乳濁，光透過率下降。同時研究了不同熱處理時間對GL20玻璃體系結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響，分別在660℃對樣品進行熱處理4 h、6 h。研究發(fā)現(xiàn)隨著熱處理時間的延長，析晶峰強度有所增強，Ba3AlF9相的形成有利于發(fā)光強度的增加，熱處理6

6、h的樣品光透過率有所下降。
　　 (4)在鍺硅酸鹽氟氧化物玻璃體系中，隨著氧化鍺含量的增加，玻璃的結(jié)構(gòu)更加疏松，玻璃的軟化溫度和析晶溫度有所下降，玻璃基質(zhì)對稀土離子的溶解度有所增加。在所制備的鍺硅酸鹽玻璃體系中，GSK32玻璃體系發(fā)光最強。主要原因是：該玻璃基質(zhì)中稀土離子溶解度大；另一方面，該玻璃基質(zhì)中稀土離子分散均勻，發(fā)光效率高。
　　 (5)通過研究稀土離子含量對微晶玻璃發(fā)光性能的影響，發(fā)現(xiàn)當釤離子濃度為1 mol.