[发明专利]玻璃组合物、梯度折射率玻璃及其制造方法

说明书

本发明提供一种玻璃组合物，其组分以摩尔百分比表示，阳离子含有：Si⁴⁺：30～56％；Al³⁺：18～25％；B³⁺：2～10％；Li⁺+Na⁺+K⁺+Rb⁺+Ag⁺：20～35％，其中(B³⁺+Al³⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺+Rb⁺+Ag⁺)为1.0～1.3，所述玻璃组合物不含有Tl⁺。通过合理的组分设计，本发明获得的玻璃组合物不含有铊、离子扩散系数大，适于制造梯度折射率玻璃。

技术领域

本发明涉及一种玻璃组合物，尤其是涉及一种适用于制造梯度折射率玻璃的玻璃组合物，以及梯度折射率玻璃及其制造方法。

背景技术

梯度折射率(Gradient index,GRIN)透镜是一种用于改变光线轨迹的光学元件。梯度折射率透镜一般为圆柱体、四棱柱、六棱柱或长方体等形状。梯度折射率透镜在光路中的作用一般与凸透镜相当，也可作为凹透镜使用，其改变光线轨迹的能力通过内部折射率的特定连续变化实现。GRIN透镜具备焦距极小、收光角大、易精确组装的优点，主要应用于光纤光学系统、紧凑式光学系统等。

梯度折射率透镜一般通过离子交换法制造，这就需要构成梯度折射率透镜的玻璃中含有一定比例的碱金属组分，因为碱金属属于玻璃网络外体，易于与外界离子交换。现有技术中US4495298、US4495299、CN107572776A等专利公开了含铊(Tl)组分的梯度折射率玻璃。但是，含铊组分的玻璃由于生物毒性巨大，不能应用于医疗、神经科学等领域，同时其熔炼、回收过程的环境污染也大。

为解决梯度折射率透镜玻璃的毒性、环境危害问题，目前的技术手段有两种。第一种手段是对梯度折射率玻璃制得的玻璃预制件或梯度折射率透镜施加包覆，如文献Neurosci.Bull.2019,35(3):419-424公开了在含铊组分的梯度折射率透镜表面镀膜，具有防止内窥透镜周围的细胞形貌出现萎缩、神经突起减少等效果。但是，实际使用中膜层易受刮擦和腐蚀而导致失效，而且这种方法不能消除玻璃熔炼中的环境危害。第二种手段是在玻璃中采用一定含量的钠元素替代铊元素，通过银-钠离子交换方法获得梯度折射率，但该方法中离子扩散系数小，未能克服银-钠离子交换耗时过长等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离子扩散系数大，适于离子交换制造梯度折射率玻璃且不含铊的玻璃组合物。

本发明还提供一种不含铊的梯度折射率玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

(1)玻璃组合物，其组分以摩尔百分比表示，阳离子含有：Si⁴⁺：30～56％；Al³⁺：18～25％；B³⁺：2～10％；Li⁺+Na⁺+K⁺+Rb⁺+Ag⁺：20～35％，其中(B³⁺+Al³⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺+Rb⁺+Ag⁺)为1.0～1.3，所述玻璃组合物不含有Tl⁺。

(2)根据(1)所述的玻璃组合物，其组分以摩尔百分比表示，阳离子还含有：Zn²⁺：0～5％；和/或Mg²⁺：0～5％；和/或Ca²⁺：0～5％；和/或Sr²⁺：0～5％；和/或Ba²⁺：0～5％；和/或Zr⁴⁺：0～3％。