玻璃材料的性能取決于玻璃的組成和結(jié)構(gòu),具有特殊組成和獨特結(jié)構(gòu)的玻璃,往往會具有獨特的光學(xué)、熱學(xué)以及力學(xué)方面的性能,尤其是那些不含有傳統(tǒng)玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體的玻璃。這就使得這些特種功能玻璃在很多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值和前景,比如激光增益材料、光學(xué)存儲材料、特種光纖材料等等。然而,由于一般這類玻璃的玻璃形成能力極弱,通過傳統(tǒng)的熔體冷卻方法很難制備得到這些玻璃,在研究和應(yīng)用領(lǐng)域都非常受限。通過懸浮熔煉的方法,可以讓多種無機材料或者金屬材料的熔體實現(xiàn)深度過冷,因此可以用于將那些玻璃形成能力弱的材料實現(xiàn)塊體玻璃化,這在研究和應(yīng)用領(lǐng)域都開拓了新的思路。由于在懸浮熔煉過程中,熔體不會與任何容器發(fā)生接觸,也就不存在沾污和異質(zhì)形核現(xiàn)象,這對于研究玻璃本質(zhì)問題和現(xiàn)象提供了極佳的條件。本文基于此項技術(shù),研究了新型功能玻璃的制備、性能和應(yīng)用。(1)稀土摻雜堿土金屬鋁酸鹽玻璃我們研究了 Eu2+摻雜鋁酸鹽玻璃熒光與結(jié)構(gòu)性能研究。我們選擇堿土金屬鋁酸鹽晶體材料和相同成分的玻璃作為研究對象,比較了不同結(jié)構(gòu)基質(zhì)(晶態(tài)和非晶態(tài))對材料熒光和結(jié)構(gòu)性能的影響。觀察鋁酸鋇玻璃和玻璃陶瓷中銪元素的價態(tài)控制,我們發(fā)現(xiàn),在氧化性氣氛下還原Eu3+→Eu2+,需要滿足Eu2+穩(wěn)定存在的成分要求和結(jié)構(gòu)條件(具有嚴格的三維封閉結(jié)構(gòu)的晶體環(huán)境)。而玻璃材料由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在很多不嚴格不規(guī)則的排列,因此不適合在氧化性氣氛下保持Eu2+穩(wěn)定存在。觀察Eu2+摻雜堿土金屬鋁酸鹽(CaAl2O4和(CaSr)0.5Al2O4)晶體材料和玻璃材料的長余輝性能。我們發(fā)現(xiàn)晶態(tài)材料和玻璃材料中都能觀察Eu2+的特征熒光,但是晶體材料可以表現(xiàn)出明顯的長余輝熒光,而玻璃材料則完全觀察不到長余輝。我們研究了長余輝的機理,并從結(jié)構(gòu)角度分析,認為玻璃中無法觀察到明顯長余輝現(xiàn)象的原因,是存在大量缺陷的能級。(2)鉺摻雜鎵鋁酸鹽玻璃我們制備一系列透明的不同Er摻雜濃度的鎵鋁酸鈣玻璃(44CaO-56Al2O3、44CaO-28Ga2O3-28Al2O3和44CaO-56Ga2O3),研究了玻璃形成能力和熱穩(wěn)定性,分析了玻璃結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Al和Ga元素在玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,都處于四面體配位環(huán)境,在缺少傳統(tǒng)玻璃形網(wǎng)絡(luò)成體離子的情況下,Al和Ga起到了網(wǎng)絡(luò)形成體的作用。Al的存在會有助于提升Er的上轉(zhuǎn)換熒光的猝滅濃度,但同時會降低近紅外熒光的猝滅濃度。同時,Ga的引入會降低熒光壽命,這是由于大原子量元素Ga會使得玻璃的密度和折射率增加,導(dǎo)致Er離子的輻射躍遷速率增加。(3)氮摻雜鋁酸鉭玻璃我們制備了成分為46Ta205-(54-x)Al2O3-x(2AlN)的氮摻雜的鋁酸鉭玻璃,這是首次利用懸浮熔煉技術(shù)對玻璃進行氮摻雜。氮元素取代部分氧進入玻璃結(jié)構(gòu)中,形成的Al-N鍵的共價鍵特性強于Al-O鍵,并且由于N原子的三配位特性(O原子為二配位),玻璃結(jié)構(gòu)的交聯(lián)會變得更加緊密,因此玻璃的折射率、密度、硬度、彈性模量都會增加,但玻璃形成能力會減弱。(4)鉍摻雜石英玻璃我們制備了 SiO2:Bi、98SiO2-2Al2O3:Bi 和 96SiO2-2Al2O3-2GeO2:Bi 玻璃,這是首次利用懸浮熔煉方法制備Bi摻雜石英玻璃的嘗試。制得的玻璃形成性能較好,并且可以實現(xiàn)高濃度的Bi摻雜,最大濃度達到5%,Bi摻雜濃度越高,會有更高比例的BiG存在于玻璃中。在SiO2:Bi玻璃中,熒光猝滅濃度在3%之上。Al2O3的加入會增加原料的熱導(dǎo)率,而GeO2的加入可以提升熒光性能,還可以降低玻璃熔點。分析Bi摻雜玻璃的近紅外熒光機理,我們認為SiO2:Bi玻璃中的近紅外發(fā)光中心為 Bi+和 Bi0,98SiO2-2A12O3:Bi 和 96SiO2-2Al2O3-2GeO2:Bi 玻璃中的近紅外發(fā)光中心為兩種不同化學(xué)環(huán)境的Bi+,并推導(dǎo)出了近紅外發(fā)光中心的能級分布。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ171.6
【部分圖文】：

現(xiàn)材料坡璃化所需的最小冷卻速度，即被稱作為臨界冷卻速度（Ｒｃ）。對于不同??的材料成分，可以通過ＴＴＴ?（時間－轉(zhuǎn)變－溫度，ｔｉｍｅ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）??圖［１］，來判斷所需要的臨界冷卻速度，如圖１．１所示。圖１．１中，Ｒｃｌ表示熔體??需要極端高的冷卻速度才能防止材料晶化，而Ｒｃ２表示液相只需要一個相對溫和??的冷卻速度就可以玻璃化。對于一些材料，含有較強的坡璃形成體成分（如Ｓｉ０２??等），其液相具有極強的玻璃形成能力，Ｒｃ比較小，就如同圖１．１中的Ｒｃ２，冷??卻條件容易實現(xiàn)。相對的，對于那些脆性的液相［２］，即成分中所含有的坡璃形成??體較少，液相玻璃化所需要的冷卻速度要求高，Ｒｃ難以達到，就如同圖Ｕ中的??Ｒｃｌ。脆性液相的玻璃化長久以來都是坡璃研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，這類液相即使是在??過冷狀態(tài)下依然具有較低粘度，液相中存在任何的形核中心都極有可能致晶化??的發(fā)生

?第一章懸浮熔煉法制備新型功能玻璃研宄進展術(shù)的進步，研究人員不斷優(yōu)化氣流控制，并且選擇成分合適的樣品，樣品尺全可以超過５ｍｍ。此外，Ｗｅｂｅｒ等人［１５，?１６１在此技術(shù)的基礎(chǔ)上，直接從高溫波熔體中拉制了光纖，這也進一步開拓了氣懸浮技術(shù)的應(yīng)用。??

???Ｒ４％???????Ｉ????Ｌｒ＾???Ｓｔｅｐｐｅｒ?．?Ｌ￣?：?????｜??Ｓｌｃｒ?＿?Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?」??．５懸浮熔煉方法拉制光纖原理示意圖與ＹＡＧ組分坡璃光纖樣１．５?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｐｐａｒａｔｕｓ?ｕｓｅｄ?ｔｏ?ｍａｋｅ?ｆｉｂｒｅｓ?ｆｒｏｍ?ｌｅｖｉｔａｔｅｄ?ｄｒｏｏｌｅｄ?ｍｏｌｔｅｎ?ｏｘｉｄｅｓ?ａｎｄ?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｇｌａｓｓ?ｆｉｂｒｅｓ?ｐｕｌｌｅｄ?ｆｒｏｍ?ｕｎｄｅｍｏｌｔｅｎ?ＹＡＧ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ．?［１５］??■’?＜?．．
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張明輝;余建定;潘秀紅;程愉悻;劉巖;;Nd~(3+)/Yb~(3+)共摻La_2O_3-TiO_2-ZrO_2微晶玻璃的制備及上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究(英文)[J];無機材料學(xué)報;2013年08期

2 蘇鏘,曾慶華,裴治武;在空氣下制備摻二價稀土的硼酸鹽及二價稀土離子(RE~(2+)=Sm,Eu,Tm,Yb)的光譜特征[J];無機化學(xué)學(xué)報;2000年02期

3 吳祖塏,錢慰宗,姚宗熙;彩色顯像管、等離子顯示板及熒光燈發(fā)光效率的探討[J];自然雜志;1998年06期

本文編號：2885685