稀土摻雜NaY(Gd)F4氧氟微晶玻璃的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、隨著新材料的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，微晶玻璃越來越備受關(guān)注。特別的，氧氟微晶玻璃由于不但擁有氟化物聲子能量低，稀土可溶性高的特質(zhì)，同時(shí)兼?zhèn)淞搜趸镌诨瘜W(xué)、熱學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能方面的優(yōu)良性能，成為了稀土發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。
　　本文以鋁硅酸鹽二元系玻璃為基礎(chǔ)，通過調(diào)整玻璃組分，成功制備了稀土摻雜的含 NaYF4、NaReF4（Re=Y/Gd）、NaGdF4微晶的氧氟微晶玻璃，并利用差熱分析（DTA）、熱膨脹系數(shù)（CTE）、X射線衍射分析

2、（XRD）、掃描透射電子顯微鏡（STEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、熒光光譜等分析測(cè)試方法對(duì)稀土摻雜氧氟微晶玻璃進(jìn)行了研究。從結(jié)構(gòu)上研究了微結(jié)構(gòu)變化、熱穩(wěn)定性、析晶機(jī)理、微晶的種類、大小和分布等；從光學(xué)性能上研究了發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光機(jī)理及熒光壽命等。
　　通過熔融法與熱處理工藝獲得了 Dy3+單摻和Dy3+/Tb3+共摻的氧氟鋁硅酸鹽微晶玻璃，XRD結(jié)果表明析出的氟化物晶相為α-NaYF4，TEM結(jié)果

3、顯示析出的納米晶顆粒大小均一、分布均勻，微晶玻璃透明性良好。在350nm激發(fā)下，Dy3+單摻樣品呈現(xiàn)出典型的藍(lán)色和黃色光發(fā)射；在Dy3+/Tb3+共摻樣品中通過調(diào)節(jié) Dy3+和Tb3+離子摻雜濃度比，調(diào)整 Dy3+離子和Tb3+的特征發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了紫外光激發(fā)下強(qiáng)的白光發(fā)射。
　　通過調(diào)整氧氟微晶玻璃組分的相對(duì)含量和熱處理工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了析出晶相由α-NaYF4到β-NaYF4的相轉(zhuǎn)變過程，并根據(jù) FTIR、XRD、熱膨脹系

4、數(shù)等對(duì)相轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行了探討。采用 Eu3+作為探針離子，分析了相轉(zhuǎn)變對(duì)稀土離子在微晶玻璃中的對(duì)稱性和發(fā)光性能進(jìn)行研究，證實(shí)了稀土離子成功進(jìn)入到微晶玻璃的結(jié)晶相中。在980nm激光泵浦下，在Er3+/Yb3+共摻微晶玻璃中可以觀察到強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換綠光發(fā)射，與析出α-NaYF4微晶玻璃相比，析出β-NaYF4微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度提高了近200倍。
　　通過傳統(tǒng)熔融法制得了 Dy3+單摻、Dy3+/Ce3+共摻、Dy3+/Tm3+共摻的

5、氧氟鋁硅酸鹽玻璃，在600、650、700、750、800攝氏度分別熱處理后得到了含不同尺寸的納米晶粒的NaGdF4微晶玻璃。通過 XRD、TEM和STEM確定了晶粒的大小，相結(jié)構(gòu)和組成。并對(duì)700度熱處理的微晶玻璃進(jìn)行 EDS分析，結(jié)果表明在該溫度下熱處理的樣品內(nèi)，晶粒被硅富集殼層包覆。在750攝氏度熱處理的微晶玻璃的XRD圖樣中也出現(xiàn)了SiO2的特征峰。進(jìn)一步結(jié)合玻璃和各微晶玻璃的FTIR光譜，證明了殼層的存在。測(cè)定熱膨脹系數(shù)曲線得

6、到了玻璃和玻璃陶瓷的特征溫度 Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度），Tf（玻璃軟化溫度），結(jié)合 Vogel–Fulcher–Tamman公式計(jì)算得到了樣品的粘度隨溫度變化關(guān)系，即相同溫度下，殘余玻璃相的粘度隨著結(jié)晶的進(jìn)行有所提高。對(duì)不同 Dy3+摻雜濃度的微晶玻璃進(jìn)行發(fā)射光譜和激發(fā)光譜測(cè)試，分析得到了 Dy3+的淬滅濃度為0.5％mol。利用 Ce3+→Dy3+離子間的能量傳遞過程，調(diào)節(jié) Ce3+和Dy3+摻雜濃度比，成功實(shí)現(xiàn)了的白光發(fā)射，色坐標(biāo)達(dá)到