一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃及其制备方法技术

技术编号：40958340 阅读：12 留言：0更新日期：2024-04-18 20:35

本发明专利技术提供一种能产生稀土Eu<supgt;2+</supgt;离子f‑f跃迁的氟氧硼酸盐微晶玻璃的制备方法。本发明专利技术前驱体玻璃的成分包含基质玻璃和稀土离子。基质玻璃的摩尔百分比组成为：15～55mol％的BaF<subgt;2</subgt;，10～45mol％的B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，10～40mol％的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；稀土离子由Eu<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;以外掺的形式掺入，摩尔百分比为基质玻璃组分的0.01～5mol％。本发明专利技术微晶玻璃的制备方法是先在碳保护的还原气氛下高温熔融制备Eu<supgt;2+</supgt;掺杂的前驱体玻璃，然后对玻璃热处理，析出BaAlBO<subgt;3</subgt;F<subgt;2</subgt;微晶颗粒，得到稀土Eu<supgt;2+</supgt;掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃。本发明专利技术微晶玻璃具有高的透明度和窄的发射线宽，可以用于激光材料以及光疗灯领域。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微晶玻璃，特别涉及一种固体激光材料及光疗灯用稀土eu2+掺杂氟氧硼酸盐微晶玻璃及其制备方法。

技术介绍

0、技术背景

1、eu2+具有两种跃迁方式，一种为产生宽带发光的5d-4f跃迁，另一种为产生线状发射的4f-4f跃迁。在大多数化合物中，eu2+的4f能级位于5d能级位于之上，4f65d和基态4f7(8s7/2)之间的跃迁(d-f跃迁)产生宽带发射光谱。在少数弱晶体场环境的氟化物中，如rbmgf3、kmgf3、libaf3晶体，eu2+的4f7能级位于4f65d之下，4f7(6p7/2)→4f7(8s7/2)的禁戒跃迁(f-f跃迁)产生的361nm线状发射峰。1971年，hewes和hoffman首次在碱土金属氟铝酸盐晶体baalf5中观测到eu2+的4f7(6p7/2)→4f7(8s7/2)跃迁的线状发射(参见r.a.hewes andm.v.hoffman,j.luminescence,3(1971),261.)。

2、2012年，k.shionozaki在氟钡硼酸盐中首次析出了eu3+掺杂的非线性baalbo3f2微晶颗粒(参见k.shionozaki,t.honma and t.komatsu,j.appl.phys.,112(2012)7.)。2016年，r.g.kunghatkar等人制备出eu2+掺杂的baalbo3f2荧光粉，观测到361nm的线状发光跃迁(参见r.g.kunghatkar,s.j.dhoble and p.s.hemne,luminescence,31(2

3、1961年在掺钕硅酸盐玻璃中实现激光输出，而后磷酸盐玻璃替代硅酸盐玻璃。如今磷酸盐激光玻璃作为大能量固体激光器中优良的激光增益材料，被广泛用于国防、医疗和强激光核聚变等领域。在“神光”激光装置中使用钕玻璃nd3+输出波长1064nm的三倍频产生的355nm的紫外光，造成较大能量损耗。本专利技术的微晶玻璃产生eu2+的f-f跃迁的361nm线状发射，其可能在泵浦光泵浦下产生受激辐射跃迁，可以作为紫外激光材料应用在固体激光器中，无需额外进行倍频，可以减少器件，提高能量利用率。

4、光刻机是半导体行业的核心机器，深紫外duv与极深紫外euv光刻技术已被广泛的应用于最先进的芯片制备中。duv光刻机使用193nm的深紫外光源制备7nm半导体芯片。本专利技术的透明微晶玻璃产生eu2+的f-f跃迁，其可能产生361nm线状激光发射，使用二倍频产生的180nm的激光可以用于duv光刻机中。

5、光疗是使用自然光或人造光辐照来治疗皮肤类疾病。然而自然光过度辐射会造成皮肤癌，因此人造紫外光成为治疗牛皮癣、白癜风、湿疹等多种皮肤疾病较好的物理手段。光疗灯的疗效取决于其使用发光材料的发光特性、根据紫外光谱波长的不同，通常分为三种类型uvc(200～280nm)，uvb(280～320nm)，和uva(320～400nm)。本专利技术的透明微晶玻璃产生的361nm的线状发射位于uva波段内，可用于制备特殊皮肤病治疗的光疗灯光源。

技术实现思路

1、本专利技术目的:提供一种固体激光材料和光疗灯用稀土eu2+掺杂氟氧硼酸盐微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃具有透明度高和发光谱线窄的特点。

2、本专利技术所采用的技术方案为：一种激光材料和光疗灯用稀土eu2+掺杂氟氧硼酸盐微晶玻璃，所述前驱体玻璃的成分包含基质玻璃和稀土离子；其中基质玻璃组成摩尔百分如下：15～55mol％的baf2，10～45mol％的b2o3，10～40mol％的al2o3；稀土离子由eu2o3以外掺的形式掺入，摩尔百分比为基质玻璃组分的0.01～5mol％。

3、本专利技术还提供了上述稀土eu2+掺杂氟氧硼酸盐微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)前驱体玻璃熔制：根据上述氟氧硼酸盐玻璃组成及摩尔百分比，计算出相应各玻璃组成的质量，准确称量各原料，所述的b2o3由h3bo3引入，al2o3由al(oh)3或al2o3引入；将称量好的各原料在玛瑙研钵中研磨，混合均匀形成混合料；取所述混合料放入1000℃～1500℃高温炉中，在碳保护的还原气氛下熔融10-60分钟；将玻璃迅速转移到470℃～500℃的马弗炉中进行退火处理，保温2～5小时后以随炉自然冷却至室温，完全冷却后取出玻璃；

5、(2)微晶玻璃制备：将步骤(1)得到的玻璃样品切割抛光成块后进行热处理，放置在550～590℃马弗炉中保温0.5～5小时后取出，获得微晶玻璃。

6、所述碳保护的还原气氛通过以下方式实现：

7、使用套坩埚法，将原料置于刚玉或石英坩埚中，外部套一层放置碳粉的加盖刚玉坩埚；

8、使用套坩埚法，将原料置于刚玉或石英坩埚中，外部套一层放置石墨粉的加盖刚玉坩埚；

9、使用套坩埚法，将原料置于石墨坩埚中，外部套一层加盖刚玉坩埚；

10、直接将原料置于加盖石墨坩埚中。

11、本专利技术的技术效果：

12、本专利技术公开的固体激光材料和光疗灯用稀土eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃，通过调节玻璃组分及稀土离子eu2+的掺杂浓度，获得eu2+掺杂的前驱体玻璃，然后通过热处理过程，使得玻璃基质中产生baalbo3f2微小晶粒，eu2+从玻璃相中进入到晶体相中，其发光跃迁方式由产生宽带发光的d-f跃迁转换为产生窄带发光的f-f跃迁，从而获得具有361nm线状荧光发射的透明微晶玻璃。

13、本专利技术eu2+掺杂的微晶玻璃透明性高，发光线宽窄，可以被用于紫外固体激光材料以及光疗灯领域的应用。

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【技术保护点】

1.一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃，其特征在于，所述前驱体玻璃的成分包含基质玻璃和稀土离子，其中基质玻璃组成摩尔百分比如下：15～55mol％的BaF2，10～45mol％的B2O3，10～40mol％的Al2O3，稀土离子由Eu2O3以外掺的形式掺入，摩尔百分比为基质玻璃组分的0.01～5mol％。

2.如权利要求1所述的一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其中基质玻璃组成摩尔百分比如下：40mol％的BaF2，40mol％的B2O3，20mol％的Al2O3，稀土离子摩尔百分比为基质玻璃组分的0.1mol％。

3.如权利要求1所述的一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃，其特征在于，所述的B2O3由H3BO3引入，Al2O3由Al(OH)3或Al2O3引入。

4.一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合料放入1300℃高温炉中，在碳保护的

6.根据权利要求4或5所述的一种稀土Eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述碳保护的还原气氛可通过以下方式之一实现：

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【技术特征摘要】

1.一种稀土eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃，其特征在于，所述前驱体玻璃的成分包含基质玻璃和稀土离子，其中基质玻璃组成摩尔百分比如下：15～55mol％的baf2，10～45mol％的b2o3，10～40mol％的al2o3，稀土离子由eu2o3以外掺的形式掺入，摩尔百分比为基质玻璃组分的0.01～5mol％。

2.如权利要求1所述的一种稀土eu2+掺杂的氟氧硼酸盐微晶玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，其中基质玻璃组成摩尔百分比如下：40mol％的baf2，40mol％的b2o3，20mol％的al2o3，稀土离子摩尔百分比为基质玻璃组分的0.1mol％。

3.如权利要求1所述的一种稀土eu2+掺杂的氟氧硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明君，陈丹平，陶依婷，王盼挺，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：

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