[发明专利]多色光致发光玻璃纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明由自制的发光粉与成纤玻璃原料混合而制备光致发光玻璃纤维的一种方法。具体讲，以碱土金属或过渡金属复合含氧酸盐及多酸盐为基质，掺入稀土RE激活剂的发光粉体材料做发光的功能成分与成纤玻璃原料混合，熔制而成光致发光玻璃纤维的方法。

背景技术

非发光玻璃纤维已实现工业化生产，产品已成功地应用于军事、航天航空、建筑、电子、生物等重要的高端领域。导弹的发动机、核潜艇的防震材料、航天器的防热材料及宇宙飞船返回舱的配套材料、宇航服、火箭推进器零件等，但该类纤维不具有发光功能。另一类发光的非玻璃纤维也有应用，纽约Glo-Tech公司研制的纤维以磷为基本成份，添加锶等制成色母粒，该类纤维与聚酯、聚乙烯易生成聚合物，国内也有类似的发明专利92105446.7，主要缺点耐高温、耐辐射性差。

光致发光玻璃纤维同非发光玻璃纤维一样具有耐高温、防辐射、防腐蚀、电绝缘等性能外，还具有发光的可控性(被激发才发光)优于上述两类纤维，而且拉伸强度又高于块玻璃几十倍。光致发光(PL)是用光激发产生发光的现象，它的发光是有条件的。在某种意义上这既是它的缺点又是它的优点，可用于特殊场合和战争、潮湿、黑暗、火灾、温差大、腐蚀性强等极端环境特别需要的随时检测显示和可控的光致发光器件。

美国6816514公开专利涉及的发光玻璃纤维是由稀土离子直接掺杂玻璃基质原料而制得，主要用于光纤放大器方面。本发明之前我们探讨了直接用稀土离子掺杂玻璃基质制备发光玻璃纤维的方法，由于是固相反应掺入少量稀土离子要均匀地分散在大量基质原料中并形成发光中心，需要较长的高温反应时间，这样不仅耗时而个别原料要随烧制时间的增加挥发度增大。若反应前的原料采用湿法处理，原料中的难溶物质需要一些试剂，不仅操作程序复杂且溶剂的排除或蒸发又不利于环境，既费时又不经济。更主要的是发光粉在一定的玻璃组成中会产生光的增补效应，这不同于直接掺杂稀土离子的情况。

本发明应用自制的不同波长发射的发光粉与不同组成的玻璃原料匹配混合的方法，成功制备了不同波长(470-680nm)发射的光致发光玻璃纤维。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种以上人工制备的具有更高应用价值的光致发光玻璃纤维材料。

本发明的另一目的是提供所述玻璃纤维的制备方法，特别是应用一种以上自制的发光粉与成纤玻璃原料混合制备光致发光玻璃纤维的方法。

首先依据提供的一个系列发光粉组成的化学式，选择确定原料(m、n、p、x为mol)：

M_mA_2nB_2pO_(m+3n+3p):xRE；(0＝m＝4，0＝n＝3，1＝p＝6；0.01＝x＝0.3)

其中(1)M＝Mg、Ca、Sr、Ba、Sb、Sn、Zn、Cd中的一种以上；(2)A＝Al、La中的一种或两种；(3)RE＝Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Ho、Tm、Yb中的一种以上。以一元或多元上述金属复合的含氧酸盐、多酸盐为发光粉的基质掺杂稀土离子为激活剂。空气条件下，主要采用高温固相法(900-1300℃，时间由原料特性及原料多少而定，一般在5-8h)；也可采用水热法(200-300℃，60h)后再进行高温灼烧；还可采用燃烧法(900℃，3-5分钟)制备450～700nm间发射的系列发光粉。用日立公司F4500荧光度计测试发光粉的光谱，优选发光粉待与玻璃纤维原料匹配混合。发光粉基质与掺杂激活剂的选择决定发光粉的发光波长，发光粉的发射又基本决定玻璃纤维的发光波长。

其次是确定成纤玻璃基质原料，由于成纤玻璃组成的可调性强和可调范围大，所以成纤玻璃原料在(4)SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃；(5)Na₂O、Li₂CO₃、K₂O、MgCO₃、CaO、SrCO₃、Ba(OH)₂(6)CdCO₃、TiO₂、ZnO、ZrO₂、MnCO₃、NaBF₄、CeO₂、La₂O₃中选数种。