本文選題：自結晶 + 納米晶　； 參考：《齊魯工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：稀土摻雜透明微晶玻璃是一種新型的發(fā)光材料,其在激光器、上轉換、光纖放大器、及半導體白光照明(W-LEDs)等領域存在潛在的應用前景,因此備受關注。微晶玻璃將納米晶良好的光學特性和玻璃相優(yōu)良的力學性能與化學穩(wěn)定性的優(yōu)點集于一體,所以人們想通過制備納米晶透明微晶玻璃將二者的優(yōu)點同時發(fā)揮。一般制備微晶玻璃首先通過熔融冷卻過程獲得基礎玻璃,然后再對基礎玻璃進行適當?shù)臒崽幚硎怪龀鼍w。本研究采用一種全新的熔融冷卻法制備了Yb3+/Er3+共摻納米晶透明微晶玻璃,即玻璃熔體在冷卻過程中自發(fā)地析出納米晶,省去了傳統(tǒng)的熱處理過程。初步探討了稀土氧化物和堿金屬氧化物對磷硅酸鹽玻璃熔體冷卻過程中的自發(fā)結晶行為和上轉換發(fā)光性能的影響。本文以P2O5-Al2O3-ZnO-R2O-SiO2和P2O5-Al2O3-MgO-R2O-SiO2 (R =Na2O, Li2O,K2O)系統(tǒng)作為研究對象。我們用熔融冷卻法制備了未摻雜稀土和Yb3+/Er3+共摻的磷硅酸鹽透明微晶玻璃。采用DSC、XRD和SEM以及吸收光譜和發(fā)射光譜等測試方法研究了堿金屬氧化物的種類和含量以及Yb3+/Er3+對微晶玻璃析晶性能和光學性能的影響。主要研究結果如下：(1)在P2O5-Al2O3-ZnO-R2O-SiO2(R= Na, Li或K)系統(tǒng)磷硅酸鹽玻璃中,當組成中堿金屬氧化物僅含Na2O時,引入0.5%Yb203和0.125% Er2O3(摩爾分數(shù))后晶體類型由Na3PO4變?yōu)閆n2SiO4; K2O取代部分Na2O未對摻雜前后的晶體類型產生影響,但是顯著降低了Na3P04或Zn2SiO4的結晶度。Li20取代部分Na2O,摻雜前后熔體自發(fā)析出的晶體都是Li3PO4。對于上轉換發(fā)光性能,結晶程度越高,上轉換發(fā)射強度越大,與堿金屬氧化物種類無關。(2)對Na2O-K2O和Na2O-Li2O逐步取代的P2O5-Al2O3-ZnO-R2O-SiO2磷硅酸鹽玻璃系統(tǒng)中,Yb3+/Er3+共摻樣品,K20和Na2O總量不變,隨K20逐漸取代Na2O,析出晶體類型始終為Zn2SiO4晶體,但結晶度逐漸變小。伴隨Li20逐漸取代Na2O,析出的晶體由Zn2SiO4逐漸變?yōu)長i3P04�；旌蠅A效應使不同種類的堿金屬離子之間相互阻擋,使許多物理性能出現(xiàn)非線性變化。另外,混合堿效應使二元堿金屬氧化物的相互阻擋有利于光的吸收。(3)在P2O5-Al2O3-MgO-R2O-SiO2磷硅酸鹽玻璃系統(tǒng)中,玻璃熔體冷卻過程中,堿金屬氧化物的種類對自主析晶行為和上轉換發(fā)光有較大影響。在980nm泵浦下,玻璃樣品表現(xiàn)出很強的Er3+在521,545和655 nm處的上轉換發(fā)光性能。尤其是Li20取代部分Na2O會形成Li3P04晶體,抑制了Na3PO4晶體和AlP04晶體的形成,促進上轉換發(fā)光。另外,對樣品熱處理后,由于結晶度的變化使稀土離子周圍環(huán)境發(fā)生了改變。Na樣品的綠光發(fā)射增強,NaK和NaLi樣品變化較小(尤其對521nm處的綠光發(fā)射)。熱處理使NaLi樣品紅光發(fā)射強度增大,而Na和NaK樣品發(fā)射強度降低。
[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.
【學位授予單位】：齊魯工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ171.733

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本文編號：1999265