[发明专利]一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法，该硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1‑x‑y)GeS₂·xSb₂S₃·yPbX₂，其中x=0.1~0.85，y=0.1~0.25，X为Cl、Br或I，PbX₂以析出的微晶形式复合于该硫系玻璃陶瓷材料中。该陶瓷材料是一种可应用于红外光学与光子学领域的新型金属卤化物微晶复合透红外硫系玻璃陶瓷材料，其具有较好的热学和化学稳定性、良好的断裂韧性，适于进行稀土离子掺杂研发新型中红外发光或激光材料；该陶瓷材料的制备方法能够根据稀土离子需要设计和选择合适的玻璃组成，简单地通过将卤化铅与硫系玻璃基质进行混熔和再晶化处理，控制析出不同的卤化铅晶相，获得性能差异的透红外功能硫系玻璃陶瓷。

技术领域

本发明属于功能玻璃陶瓷材料技术领域，具体是一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

卤化铅晶体具有宽的可见-红外透明窗口、低的声子能量等特点，一直是非常重要的光功能晶体材料。但卤化铅晶体在空气中容易潮解，对使用环境要求较高。这一本征缺陷制约了卤化铅晶体的应用。近年来，研究人员尝试了各种方法来稳定卤化铅晶体，开发了许多新奇的功能及应用。其中一种较好的方法是通过析晶热处理，在玻璃基质中析出卤化铅微晶。惰性的玻璃基质能够有效地保护卤化物微晶免受环境侵害，并且有利于制作成薄片、薄膜、光纤等各种形态的光子器件。一种典型的成功案例是稀土掺杂氧氟玻璃陶瓷材料，其通过析晶热处理，在氧化物玻璃基质中析出PbF₂晶体，稀土离子富集在声子能量较低的氟原子晶格中，实现可见、近红外以及上转换等发光性能增强。由稀土离子中电子跃迁机制可知，PbX₂(X＝Cl、Br或I)等具有更低声子能量的金属卤化物晶体会更有利于稀土离子发光。然而，至今除了CsPbX₃量子点复合的极少数氧化物玻璃陶瓷材料外，极少见到其它金属卤化物晶体复合玻璃陶瓷材料的报道。造成这一现象的原因有：卤化铅容易潮解，在原料混合时容易潮解粘连，造成混料不均匀，从而难以实现均匀熔制；另外，PbX₂原料在高温熔制中更容易挥发，很难熔入氧化物玻璃基质中。

硫系玻璃是一种以硫、硒、碲等硫族元素为主，与其它金属或非金属元素化合而成的无定形固体。硫系玻璃通常是将原料置于真空石英安瓿中，通过摇摆炉熔制得到。硫系玻璃具有高的卤化物溶解度，相较氧化物玻璃，更适于做卤化铅引入与析晶研究。此外，硫系玻璃具有宽的红外透明窗口，是研究稀土离子中红外发光的理想基质材料。因此，获得声子能量极低的氯化物、溴化物、碘化物等金属卤化物晶体复合硫系玻璃陶瓷材料，将有望在中红外发光甚至中红外激光材料方面实现突破。鉴于此，本发明提出一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法，该卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料是一种可应用于红外光学与光子学领域的新型金属卤化物微晶复合透红外硫系玻璃陶瓷材料，其具有较好的热学和化学稳定性、良好的断裂韧性，适于进行稀土离子掺杂研发新型中红外发光或激光材料；该卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料的制备方法能够根据稀土离子需要设计和选择合适的玻璃组成，简单地通过将卤化铅与硫系玻璃基质进行混熔和再晶化处理，控制析出不同的卤化铅晶相，获得性能差异的透红外功能硫系玻璃陶瓷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料，该硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1-x-y)GeS₂·xSb₂S₃·yPbX₂，其中x＝0.1～0.85，y＝0.1～0.25，X为Cl、Br或I，PbX₂以析出的微晶形式复合于该硫系玻璃陶瓷材料中。

作为优选，x＝0.15～0.85，y＝0.1～0.15。