微晶玻璃专题
专题论文汇编
意外造就的先进材料——微晶玻璃
邱建荣;周时凤;<正>微晶玻璃是由晶体相和玻璃相组成的特殊复合材料。上世纪50年代，美国康宁公司的S.Donald Stookey博士在一次实验意外中制备了第一块人工结晶可控的微晶玻璃材料，其表现出了优异的机械性能。此后，这一材料开始崭露头角，吸引了美国康宁公司、德国肖特公司等大型玻璃公司的研究兴趣，并开发了系列具有优异机械性能的微晶玻璃产品，如：应用于手机盖板的“大猩猩”微晶玻璃和“超瓷晶”微晶玻璃。这系列微晶玻璃产品已成为公司的明星产品，并带来了巨大的经济效益。
三维立体显示用稀土掺杂纯红色上转换发光氟氧化物玻璃陶瓷
尤凤銮;王少雄;郑嵩;张年丰;林世盛;陈大钦;三维立体显示技术图像逼真，因能够实现实时交互和全视景、多角度观察而备受关注。在各项三维立体显示技术中，基于透明上转换发光材料的静态体成像技术优势最为显著。鉴于此，本工作中，利用熔融–冷却–热处理制备方法，得到了一种Er~(3+)和Tm~(3+)共掺α–NaYF4纳米晶氟氧化物透明玻璃陶瓷；利用Er~(3+)与Tm~(3+)之间的能量传递过程，使得电子选择性布居，Er~(3+)红光发射增强，实现了980 nm近红外激光器激发下的纯红光发射。借助自主搭建的三维立体显示原型器件，可实现高色纯、高稳定纯红光三维静态/动态显示，体现了所研发材料在新一代三维立体显示技术中的应用潜力。
Ln~(3+)/Cr~(3+)掺杂多晶相微晶玻璃的设计及多模自校准测温
胡芳芳;马昱昊;张发林;郭海;采用熔融淬冷法合成了Ln~(3+)/Cr~(3+)(Ln~(3+)=Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+))掺杂的含β-YF_3和γ-Ga_2O_3纳米晶的多相微晶玻璃(40SiO_2-20Al_2O_3-15LiF-10Ga_2O_3-0.1TmF_3-0.1ErF_3-0.05Cr_2O_3-1Yb F_3-0.5Sn O)。利用Ln~(3+)在β-YF_3纳米晶和Cr~(3+)在γ-Ga_2O_3纳米晶中的富集，有效抑制了Ln~(3+)与Cr~(3+)之间的能量传递，从而实现多色、多模式的高效发光。分别利用Er~(3+)和Tm~(3+)的发光强度比I_(522)/I_(543)和I_(694)/I_(474)进行温度监测，得到的最大相对灵敏度分别为1.03%·K~(–1) (313 K)、1.45%·K~(–1)(473K)。此外，基于Cr~(3+)的~2E和~4T_2的发光强度比I_(615)/I_(720)和寿命进行温度探测，得到最大相对灵敏度分别为1.74%·K~(–1)(303 K)、0.51%·K~(–1)(496 K)。Ln~(3+)/Cr~(3+)共掺的多相微晶玻璃是一种极富竞争力的四模自校准测温材料。
酸度系数和烧结温度对微晶玻璃的析晶、微观形貌及性能的影响
吴孟吉;孙红娟;彭同江;尤皓;陈涛;李湘;陈仕泽;提钛渣制备微晶玻璃对于固体废物的无害化处理、释放大面积土地、减少天然原料的开采、改善环境污染具有重要意义。本工作以提钛渣和石英尾矿为原料，采用熔融烧结法制备高性能微晶玻璃。用差示扫描量热分析、X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析及扫描电子显微镜等分析现代测试手段，结合性能测试，探究酸度系数(M_k)和烧结温度对制备的微晶玻璃的物相组成、微观形貌及物理和理化性能的影响。结果表明：改变M_k和烧结温度使结晶相的种类和数量发生明显变化。低M_k有利于透辉石的生长，而高M_k促进钙长石的形成。M_k增大有助于降低微晶玻璃的熔化温度并使其在较低的烧结温度下实现致密烧结。适当的M_k和烧结温度有助于基体中晶体生长和气孔排除，进而促进微晶玻璃烧结并提高其理化性能。然而，较大的M_k或较高的烧结温度导致微晶玻璃中玻璃相增加及气孔尺寸增大，破坏其致密的微观结构并呈过烧膨胀状态。当M_k为1.5、烧结温度为1 190℃时，所制备的微晶玻璃具有致密的微观结构与良好的理化性能，其吸水率为0.07%，体积密度为3.05 g/cm~3，耐酸性为96.6%，抗折强度达144 MPa，各项性能均满足工业微晶玻璃的指标。
Ca/Mg互换对CsPbBr_3量子点玻璃发光性能的调控
范艳虹;卢贞彤;雷炳富;张学杰;玻璃网络结构特性(如刚性、间隙等)对量子点玻璃析晶行为具有重要影响。利用玻璃原位析晶制备了一系列CsPbBr_3量子点玻璃，研究了玻璃组成中Ca/Mg互换对CsPbBr_3量子点尺寸及发光性能的调控作用。结果表明：随着Ca/Mg比的升高，在相同热处理条件下，量子点尺寸逐渐减小，发光量子效率呈现先增大后减小的趋势；最佳CsPbBr_3量子点玻璃样品在455 nm激发下，内、外量子效率高达45.2%及36.0%，吸收率为79.6%。得益于该量子点玻璃优异的发光性能、析晶均匀且具有较高的透过性，探究了其在滤光片领域中的潜在应用。
含锌钇铝硅酸盐玻璃的晶化特征和力学性能
郑庆双;陈胜林;乔昂;王觅堂;陶海征;因具有与碳化硅陶瓷相匹配的膨胀系数和良好的物化性能，钇铝硅酸盐(YAS)玻璃和玻璃陶瓷广受关注。为进一步提升YAS玻璃陶瓷的力学性能，以22Y_2O_3·19Al_2O_3·59SiO_2玻璃为基础，基于n(ZnO):n(Al_2O_3)=2:1摩尔比，利用Zn O逐步替换Al_2O_3，探索了系列含锌YAS玻璃的晶化特征和力学性能。通过选择合适的热处理工艺，制备了系列玻璃陶瓷。结果发现：ZnO的引入具有晶粒细化作用，随着ZnO含量的增加，析出晶粒的尺寸逐渐减小；通过合适的热处理，获得了最大断裂韧性为1.92 MPa·m~(0.5)的含锌YAS玻璃陶瓷；与原始无锌YAS玻璃陶瓷(1.16 MPa·m~(0.5))相比，提升了65%。上述工作为高性能玻璃陶瓷的研制提供了一种新的思路。
用于X射线成像的铽离子掺杂硅酸盐微晶玻璃
李鑫;张健;罗思媛;肖建强;张胜;吴军霄;刘志超;李保珠;徐旭辉;X射线成像在工业、医疗和科学研究中得到广泛应用。与直接式X射线探测相比，间接式X射线探测是一种更便宜、更稳定的选择。但如今商用闪烁体大都存在制备成本高、稳定性差等问题，因此寻找制备简单、低成本、高化学稳定性和环境友好的新型闪烁体材料是必要的。通过高温熔融法和热处理工艺，成功地在硅酸盐玻璃基体内原位生长出ZnGa_2O_4纳米晶，通过掺杂Tb~(3+)、调整退火温度，使材料既具有高透明度又具有高闪烁性能(光产额优于商业闪烁体BGO)。在X射线下表现出良好的成像性能，实现了16 lp/mm的成像分辨率。同时还表现出长时间的环境稳定性和辐射发光稳定性。这些优异的性能使得ZnGa_2O_4:Tb~(3+)闪烁体玻璃在玻璃闪烁体间接成像领域具有很大的应用潜力。
基于新型含氯光热敏折变玻璃的全息体光栅制备和性能
闫运浩;柴聪鹏;郭凌伟;华有杰;徐时清;赵士龙;体Bragg光栅是实现半导体激光器超窄线宽激光输出的核心元件。采用高温熔融法制备了一种玻璃体系为Si O_2-Na_2O-Al_2O_3-ZnO(F~–、Cl~–)的新型含氯光热敏折变玻璃(PTR glass)。结果表明：在含氯PTR玻璃中析出了NaF纳米晶，并测得晶粒大小为5 nm，玻璃保持很高的透明度。Cl~–的引入使得PTR玻璃的等离子体吸收峰由450 nm蓝移至413 nm，为开发低吸收损耗的可见和近红外光范围元器件提供了更大可能。采用全息曝光和分步热处理工艺制得衍射效率为67.95%、半高全宽仅为0.057 nm的1.5μm超窄线宽体Bragg光栅。
等离激元纳米晶玻璃的研究进展以及非线性光学应用
万子轩;徐建;肖卫强;刘小峰;玻璃作为应用最广的光学材料，其性质不仅取决于其本身的化学组成，还可以通过向其中引入不同性质的纳米晶进行调控。当玻璃中引入贵金属等离激元纳米晶后，由于局域表面等离激元共振(LSPR)效应，会使得玻璃出现鲜艳的颜色。本文综述了各种含有贵金属、非贵金属等离激元纳米晶玻璃的光学性质及其制备方法，还讨论了近年来等离激元纳米晶玻璃在非线性光学以及超快光子学领域的应用。最后简要总结了等离激元纳米晶复合玻璃的研究现状以及潜在的发展方向。
稀土离子掺杂红外微晶玻璃发光材料的研究进展
叶昇达;陈健濠;黄雄健;董国平;稀土离子掺杂微晶玻璃兼具晶体材料优异的光学特性和玻璃材料良好的物理化学特性，是一种极具发展前景的红外发光材料。本文从微晶玻璃的透过率出发，结合散射理论对其影响因素进行了简要分析，指出实现透明微晶玻璃的基本条件。分析归纳了目前稀土离子掺杂红外微晶玻璃的现状和特性，包括氟氧硅酸盐、碲酸盐和锗酸盐微晶玻璃体系。介绍了稀土离子掺杂红外微晶玻璃的应用研究进展，最后对其发展状况进行总结及展望，为稀土离子掺杂红外微晶玻璃的研究提供思路和参考。