銅摻雜磷硅酸鹽玻璃的制備與光譜學(xué)性能研究.pdf

1、本文通過高溫熔制法制備了不同濃度Cu單摻、固定Cu/Sn比摻雜、不同Cu/Sn比摻雜的的磷硅酸鹽玻璃，應(yīng)用熱分析(DTA)、X射線粉末衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)，拉曼光譜及光致發(fā)光光譜(PL)等測(cè)試手段，研究了Cu在玻璃中不同的存在狀態(tài)和光譜學(xué)性能，通過引入還原劑SnO和熱處理對(duì)Cu0(≒)Cu+(≒)Cu2+氧化還原反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，將大部分Cu穩(wěn)定為Cu+。
　　在不同濃度Cu單摻的磷硅酸鹽玻璃中，較低濃度(0.02;0.

2、04;0.1mol％)摻雜情況下，Cu的存在形式主要為Cu+，部分Cu+被還原成Cu0并聚集形成Cu0納米顆粒，在較高Cu摻雜濃度(0.2;0.4;0.6mol％)的玻璃中，Cu的存在形式主要為Cu+和Cu2+。Cu在磷硅酸鹽玻璃中價(jià)態(tài)的變化，與玻璃中非橋氧數(shù)目有關(guān)，非橋氧數(shù)目的增多，促使反應(yīng)Cu0(≒)Cu+(≒)Cu2+向右進(jìn)行。因此，可采用適當(dāng)增加非橋氧濃度的方法在Cu0較高的情況下促使Cu0轉(zhuǎn)化為Cu+。
　　引入還原劑S

3、nO，在固定Cu/Sn比摻雜的情況下(Cu/Sn=1)，能夠有效抑制較高Cu摻雜濃度玻璃中的氧化反應(yīng)Cu+→Cu2+，使玻璃中Cu存在形式主要為Cu+。只有當(dāng)Cu/Sn摻雜量達(dá)到1mol％時(shí)，才會(huì)形成Cu0納米顆粒。隨著Cu+濃度的增加，玻璃發(fā)光強(qiáng)度經(jīng)歷一個(gè)先增強(qiáng)后減弱的過程，摻雜量為0.15mol％時(shí)玻璃發(fā)光強(qiáng)度最高。在不同Cu/Sn比摻雜的情況下(Cu摻雜濃度固定為1mol％)，隨著Sn濃度增加，首先促進(jìn)還原反應(yīng)Cu2+→Cu+的進(jìn)

4、行，樣品的發(fā)光強(qiáng)度得到增強(qiáng)，當(dāng)Sn摻雜濃度為0.6mol％時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最高。繼續(xù)增加Sn的摻雜量，過量的Sn使得還原反應(yīng)Cu+→Cu0進(jìn)行，形成Cu0納米顆粒，樣品發(fā)光強(qiáng)度減弱。
　　通過熱處理發(fā)現(xiàn)，在固定Cu/Sn比摻雜玻璃中，對(duì)于較低濃度Cu摻雜(≤0.2mol％)樣品，熱處理使促進(jìn)還原反應(yīng)Cu2+→Cu+進(jìn)行，熱處理溫度越高，Cu2+→Cu+轉(zhuǎn)化程度越高，樣品的發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)，Cu+的壽命也有所增加。較高濃度摻雜情況下(＞

5、0.2mol％)，熱處理促進(jìn)玻璃中Cu+→Cu0反應(yīng)進(jìn)行，熱處理溫度越高，Cu/Sn摻雜濃度越高，形成Cu0納米顆粒越大，樣品的發(fā)光強(qiáng)度越弱。在不同Cu/Sn比摻雜玻璃(銅濃度固定為1mol％)中，由于Cu摻雜濃度高，較低的熱處理溫度(540℃)就可以使所有樣品形成Cu0納米顆粒，樣品的發(fā)光強(qiáng)度隨著熱處理溫度升高而逐漸減弱。
　　研究表明，提高非橋氧濃度可調(diào)控Cu0(≒)Cu+(≒)Cu2+向右進(jìn)行，引入SnO和進(jìn)行熱處理均可調(diào)控