[发明专利]掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，涉及一种掺杂金属粒子的多孔玻璃及其制备方法，尤其涉及一种掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法。

背景技术

掺杂有金属粒子的复合材料在光学、电子、抗菌以及催化等领域有着广泛的应用，尤其是掺杂有金属粒子的玻璃材料，在光学、电子领域有重要的应用。当金属纳米粒子被掺入玻璃时，玻璃基质将粒子彼此隔离开，形成量子点，使得电子的局域性和相干性增强，引起量子限域效应。同时，当金属纳米粒子的尺寸远小于光场波长时，作用于粒子上的电场也明显不同于周围的介质宏观场，其极化过程将改变局域的介电常数，从而产生介电限域效应。这些效应都会导致玻璃的非线性光学性能的显著提高，使具有非线性光学性能的复合材料在光存储、传输和开关等领域有着重要的应用优势，例如：与电子开关器件相比，全光光子开关器件具有开关时间短、节能以及寿命长等优点，将成为未来光电设备的重要组成部件。

目前，常用的制备掺杂有金属纳米粒子玻璃的方法有：熔融法、离子注入法以及溶胶凝胶法等，这些工艺相对比较成熟。但是，这些方法也都存在着一些不足之处，例如：熔融法需要将金属盐与玻璃料混合后在高温下进行熔融，由于玻璃体系的粘度较大，金属颗粒在玻璃基质中不容易实现均匀分散。离子注入法是将金属以离子形式注入到玻璃基质中，再通过热处理得到金属纳米粒子，这种方法需要使用昂贵的离子注入设备，并且注入深度有限，金属纳米粒子只能分布在玻璃基质表面。还有一种方法是利用溶胶凝胶法制备玻璃，制备时，同时将含有金属盐的溶液与玻璃溶胶混合，通过后处理得到含有金属纳米粒子的玻璃，金属纳米粒子的分散也相对比较均匀，但是这种方法制备玻璃，工艺复杂、生产周期较长，且玻璃制品的强度较低，达不到实用的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有的掺杂金属粒子的玻璃存在金属粒子分散不均匀、玻璃制品强度低的问题，提供一种铁纳米粒子在玻璃中分散均匀、铁纳米粒子粒径均匀、机械强度大的掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃。

本发明进一步要解决的技术问题是，针对现有技术中--熔融法存在金属粒子在玻璃中分散不均匀的问题、离子注入法制备的金属纳米粒子只能分布在玻璃基质表面的问题、溶胶凝胶法的工艺复杂生产周期较长的问题，提供一种可以将铁金属纳米粒子均匀分散在玻璃中、工艺简单、制备方便的掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一技术方案是：一种掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃，以均匀分布有联通微孔的多孔玻璃为基材，在多孔玻璃的微孔内均匀分布有铁纳米粒子，所述微孔的孔径为4～100nm，微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃中，所述多孔玻璃主要由以下重量份数的成分组成：

一种掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)、分别配制铁离子溶液和用于还原铁离子的还原剂溶液；

(2)、选用均匀分布有联通微孔的多孔玻璃；将多孔玻璃分别置于铁离子溶液和还原剂溶液中各至少浸泡一次，即制备出掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃；所述微孔的孔径为4～100nm，微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述步骤(1)中，所述铁离子溶液是将含铁化合物溶解在溶剂中制成，所述铁离子溶液浓度为1mol/L～1×10^-6mol/L。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述含铁化合物为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁，所述溶剂为水或乙醇。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述步骤(1)中，所述还原剂溶液的浓度为1×10^-2mol/L～1×10^-6mol/L，所述还原剂溶液是将用于铁离子还原的还原剂溶解在溶剂中制成。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述还原剂为硼氢化钾或硼氢化钠，所述溶剂为水或乙醇。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述步骤(2)中，所述多孔玻璃置于铁离子溶液中浸泡时，浸泡时间不少于0.5h，然后将多孔玻璃取出，冲洗；优选浸泡时间为0.5h～12h。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述步骤(2)中，所述多孔玻璃置于还原剂溶液中浸泡时，浸泡时间不少于0.5h，然后将多孔玻璃取出，冲洗；优选浸泡时间为0.5h～12h。

掺杂铁纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述多孔玻璃主要由以下重量份数的成分组成：