[发明专利]一种透明微晶玻璃材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种透明微晶玻璃材料，该透明微晶玻璃材料的组成式为20GeS₂•35Ga₂S₃•45CsCl，其由掺Cl的Ge‑Ga‑S硫系玻璃材料经微晶化热处理得到，且Cl以CsCl化合物的形式掺入Ge‑Ga‑S硫系玻璃材料。本发明公开的透明微晶玻璃材料的透过率为80～85%，三阶非线性折射率可达1.47×10^‑18 m²/w。本发明透明微晶玻璃材料的透过性高，具备良好的化学稳定性和热稳定性、较快的光学响应，并具有易成纤成膜以及易于机械加工等优点，是制备超快全光开关(All optical switch AOS)器件优良的非共振型非线性光学材料，在未来光领域将发挥较好的实际价值。

技术领域

本发明涉及一种透明玻璃陶瓷，具体是一种透明微晶玻璃材料及其制备方法。

背景技术

随着当今信息技术的飞速发展，光电技术越来越展现出其核心的地位，而发展新型的非线性光学材料更是光电技术发展的一个重要组成部分。玻璃在大部分波长上透明并且光学各向同性，因此一般只表现出三阶非线性，而且玻璃有较高的热、化学稳定性，更重要的是玻璃易于制备、加工，因此将其作为一种非线性光学材料是非常吸引人的。在众多的玻璃体系中，硫系玻璃硫族元素(S、Se、Te)的最外层电子云在强光场诱导下易发生畸变，因此其三阶非线性性能较一般氧化物玻璃优越，而且具有飞秒到亚飞秒量级的非线性响应时间。

在已有的文献报道中，利用热处理使硫系玻璃在其网络中析出微米级以下的晶体颗粒可以增强玻璃硬度、稀土发光强度、非线性光学性能等。利用纳米晶体或者金属颗粒产生的尺寸效应来提高硫系玻璃的三阶非线性是未来相关领域的一个重点，但是目前研究的关注度还不够，很多问题亟待解决，例如，成核剂的选择、合理的析出晶相的获得以及透过率和三阶非线性性能的提高等等。鉴于此，本发明提出一种透明微晶玻璃材料及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有无机保温隔热材料的不足，提供一种透过率高、三阶非线性性能好的透明微晶玻璃材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种透明微晶玻璃材料，该透明微晶玻璃材料的组成式为20GeS₂·35Ga₂S₃·45CsCl，其由掺Cl的Ge-Ga-S硫系玻璃材料经微晶化热处理得到，且Cl以CsCl化合物的形式掺入Ge-Ga-S硫系玻璃材料。

一种透明微晶玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料和抽真空：按照比例准备好原料单质锗、单质镓、单质硫和氯化铯并混合均匀，然后将混合好的原料放入石英管中，抽真空到10^-4～10^-7Pa，再将原料封装于紧闭的石英管中；

(2)高温熔融和淬冷：将封装有原料的石英管放入加热炉中进行高温熔融，加热温度为300～900℃，加热时间为18～36h，加热结束后在石英管内获得熔融物，然后将石英管浸入-5～45℃的蒸馏水中对封装的熔融物进行淬冷，待脱壁后马上取出，在石英管内得到掺CsCl的Ge-Ga-S硫系玻璃材料半成品；

(3)退火及冷却：将掺CsCl的Ge-Ga-S硫系玻璃材料的半成品连同石英管一起进行退火，退火温度为300～350℃，退火时间为8～15h，退火结束后将石英管和石英管内硫系玻璃材料以1～20℃/h的降温速率降温至室温，打开石英管得到掺CsCl的Ge-Ga-S硫系玻璃材料成品；

(4)将掺CsCl的Ge-Ga-S硫系玻璃材料成品在320～380℃温度下微晶化热处理3～10h，即得到透明微晶玻璃材料，其组成式为20GeS₂·35Ga₂S₃·45CsCl。