论文总字数：23227字

摘 要

磷酸盐体系玻璃是一种低熔玻璃，在现代社会中有着极其普遍的使用。磷酸盐体系玻璃具有许多优点，它们在结构上具有高灵活性，低转化和熔化温度，高紫外线透射率，高热稳定性和导电性，低折射率和低分散性。然而，与其他传统玻璃相比，它们的化学耐久性较差。纯磷酸盐体系玻璃主要由具备共价键氧阴离子的PO₄四面体构造单位构成。PO₄四面体间的P=O双键对玻璃性能起比较重要的作用，由于P=O双键不稳定，遇水其双键易断裂，所以会使磷酸盐玻璃的化学稳定性较差。但也是因为磷酸盐玻璃内部含有较多的非桥氧，所以磷酸盐玻璃具有较好的稀土离子溶解性。向磷酸盐玻璃中掺入金属氧化物（如CaO、Bi₂O₃等）可以用更稳定的键取代玻璃内部的P=O双键，可以明显提升玻璃的折射率、热膨胀系数和密度并且显著降低玻璃的黏度和熔化温度。

稀土元素掺杂材料由于其独特光学性能、电磁学性能在近年来受到了各地学者们广泛的关注。稀土元素掺杂材料属于光致发光材料的一种，在吸收了高能量长波或者低能量短波后，通过辐射跃迁发光。稀土元素掺杂材料相比其他光致发光材料，有着对温度要求低、抗电磁干扰、相应速度快等优点。

近年来，稀土元素掺杂玻璃由于其广泛的技术应用而变得非常热门，与传统发光材料相比，稀土掺杂玻璃材料具有均匀性与透明性这两个独特的优点。经常应用在固态激光器，电信，光检测和测距（LIDAR），光能电池和光谱学等方面。Eu元素作为稀土元素中的一种，将它与磷酸盐体系玻璃相掺杂，可以改进磷酸盐体系玻璃耐水性较差的缺点，并且使掺杂玻璃具有较为优异的光学性能，有望成为一种拥有杰出性能的光致发光材料。

本论文主要研究将不同含量的Eu₂O₃掺杂入P₂O₅-Bi₂O₃-CaO磷酸盐玻璃基础体系之中，并对所制得的掺杂玻璃进行一系列性能表征测试。对各组别的掺杂玻璃样品测试数据进行分析比较。

关键词：磷酸盐玻璃 稀土元素 Eu掺杂

Abstract

Phosphate system glass is a kind of low-melting glass, which is widely used in modern society. Phosphate system glass has many advantages, they have high flexibility in structure, low conversion and melting temperature, high ultraviolet transmittance, high thermal stability and conductivity, low refractive index and low dispersion. However, their chemical durability is poor compared to other traditional glasses. Pure phosphate system glass is mainly composed of PO₄ tetrahedral structural units with covalently bonded oxygen anions. The P=O double bond between PO₄ tetrahedra has a great influence on the glass properties. Phosphate glass has good solubility of rare earth elements because its structure usually contains more unbridged oxygen.

In recent years, rare earth element-doped glass has become very popular due to its wide range of technical applications, often used in solid-state lasers, telecommunications, light detection and ranging (LIDAR), photovoltaic cells and spectroscopy. Doping rare earth elements with phosphate system glass can improve the shortcomings of poor chemical stability of phosphate system glass, and make the doped glass have more excellent optical properties. It is expected to become an LED light emitting material with excellent performance.

This thesis mainly studies the doping of rare earth oxide Eu₂O₃ with different contents into the basic system of P₂O₅-Bi₂O₃-CaO phosphate glass, and conducts a series of characterization tests on the prepared doped glass. After analyzing and comparing the test data of each group of doped glass samples, a group of excellent optical, thermal and performance properties and good chemical stability are obtained.As a good LED fluorescent glass luminescent material.

Keyword:phosphate glass,rare earth,rare earth element-doped

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 玻璃概述 1

1.2.1玻璃的概念与性能 1

1.2.2玻璃的结构 2

1.2.3玻璃的制备 3

1.3磷酸盐玻璃概述 3

1.3.1磷酸盐玻璃体系简介 3

1.3.2磷酸盐玻璃的主要性能 4

1.3.3磷酸盐玻璃的结构 5

1.4 稀土元素与稀土元素掺杂 6

1.4.1 稀土元素简介 6

1.4.2 稀土元素的电子跃迁和稀土元素发光 6

1.4.3 掺杂Er³ 对磷酸盐玻璃性能的影响 6

1.4.4 Eu掺杂对玻璃性能的影响 7

1.5 本课题的研究意义与内容 8

1.5.1 研究意义 8

1.5.2 研究内容 8

第二章 Eu³ 掺杂磷酸盐玻璃的影响 10

2.1引言 10

2.2实验部分 11

2.2.1 实验所需原料 11

2.2.2 实验相关仪器与设备 11

2.2.3 实验方案 12

2.2.4实验流程 12

2.2.5实验样品的制备 12

2.3 测试与表征 13

2.3.1 密度的测量 13

2.3.2 X射线衍射分析（XRD） 14

2.3.3 热膨胀系数，玻璃转化温度与软化温度的测量 14

2.3.4 化学稳定性的测试 14

2.3.5 折射率的测试 15

2.3.6 红外光谱与拉曼光谱的测试 16

2.3.7荧光光谱的测试 16

2.3.8 荧光寿命的测试 16

第三章 结果与讨论 18

3.1 测试的结果与分析 18

3.1.1 XRD衍射分析 18

3.1.2 玻璃的密度与摩尔体积 18

3.1.3 玻璃的热膨胀系数、转变温度与软化温度 18

3.1.4 玻璃的化学稳定性 19

3.1.5 玻璃的折射率 19

3.1.6 玻璃的红外光谱与拉曼光谱 19

3.1.7 玻璃的激发光谱与发射光谱 20

3.1.8 玻璃的荧光寿命 20

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

绪论

1.1 引言

玻璃是一种广为人知的材料，在生活中有着极其普遍的应用。而随着科学技术的一步步发展，科学家们对玻璃这种材料的了解也越来越深刻，将它的应用拓展到了更多的领域，如封装玻璃，生物玻璃以及光学玻璃等。而在无机玻璃材料中，氧化物玻璃它所具备的许多优秀性能得到人们的普遍研究，氧化物玻璃主要包含磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃等。其中磷酸盐玻璃是一种低熔玻璃，磷酸盐体系玻璃具有许多优点，它们在结构上具有高灵活性，低转化和熔化温度，高紫外线透射率，高热稳定性和导电性，低折射率和低分散性。由于这些优异的性能，磷酸盐玻璃被广泛的应用于各个领域当中，如光纤通信、医用器械、电子元件等。然而，与其他传统玻璃相比，它们的化学耐久性较差，这就使得磷酸盐玻璃在某些行业的应用具有局限性。因此，研究磷酸盐体系玻璃的结构与性能，并对其性能进行一定的改良是很有必要的。

1.2 玻璃概述

1.2.1玻璃的概念与性能

玻璃属于无机非金属材料，它的内部结构不规则属于非晶态固体，主要通过将熔融物质进行快速冷却而得到。玻璃态物质的能量介于结晶态和熔融态之间，它的内能和熵均高于其所对应的晶体，属于介稳状态。由于玻璃是非晶态的混合物，所以其没有固定的熔点，一般用玻璃软化温度（T_f）与转变温度（T_g）来描述温度对玻璃的影响。玻璃一般呈透明状，具有良好的耐热稳定性及耐化学稳定性，电学以及光学等优秀的性质。

在一块均匀的玻璃中，若其无内应力存在，那这块玻璃每个方向所表现的物理性能（如热膨胀系数、导电性等）都是相同的，这就是玻璃的各向同性。玻璃之所以表现出各向同性，是因为玻璃结构内部的各个质点分布均匀随机，而对外则呈现出各向同性。玻璃也呈现出渐变性与可逆性，即熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变，而且由熔融态向玻璃态转化时性质随温度、成分的变化是连续的^[2-4]。

请支付后下载全文，论文总字数：23227字