溶胶凝胶法制备ZnOB2O3SiO2玻璃的研究毕业设计.docx

溶胶凝胶法制备ZnOB2O3SiO2玻璃的研究毕业设计.docx

《溶胶凝胶法制备ZnOB2O3SiO2玻璃的研究毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《溶胶凝胶法制备ZnOB2O3SiO2玻璃的研究毕业设计.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

溶胶凝胶法制备ZnOB2O3SiO2玻璃的研究毕业设计

唐山学院

毕业设计

设计题目：

溶胶凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2玻璃的研究

系别：

环境与化学工程系

班级：

09无机非金属材料工程

（1）班

溶胶凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2玻璃的研究

摘要

长余辉发光玻璃由于其独有的光学特性，使得他在军事、生活、建筑等方面具有广泛的应用，吸引着人们纷纷对其进行研究。

本研究选取作为基质材料的ZnO-B2O3-SiO2玻璃为研究对象，经过查阅资料，研究对比决定采用的配方60ZnO-20B2O3-20SiO2进行研究。

实验应用溶胶-凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2玻璃，综合考察了合成工艺条件对凝胶形成的影响，得出结论如下：

随着加水量的增加，凝胶时间逐渐增加。

pH对凝胶形成的影响较为复杂，当pH值上升到2时，凝胶时间会随着增加；当pH值继续升高，凝胶时间则会逐渐减少。

水浴温度的升高会使凝胶时间逐渐降低。

研究最终确定加水量为32ml，反应温度为80℃，pH=1时，可形成均质、透明、稳定的凝胶，所制得的凝胶可以满足实验的需求。

将制得的湿凝胶在100℃下干燥后进行烧制，对制得的玻璃样品研究得出当烧成温度为1000℃，保温时间为1h时，所制得的ZnO-B2O3-SiO2玻璃样品的真密度为2.5968，损失量为1.9356，结果较佳。

关键词：

长余辉溶胶-凝胶法ZnO-B2O3-SiO2玻璃真密度损失量

ResearchofZnO-B2O3-SiO2GlassPreparedbySol-gel

Abstract

Longafterglowluminescenceglassduetoitsuniqueopticalproperties,makeshislivinginthemilitary,haswideapplication,constructionandotheraspect,toattractpeopletostudy.ThisstudyselectedasthematrixmaterialofZnO-B2O3-SiO2glassastheresearchobject,throughaccesstoinformation,comparisonstudytodetermineiftheformulaof60ZnO-20B2O3-20SiO2werestudied.Experimentalapplicationofsol-gelmethodZnOB2O3-SiO2glass,comprehensivestudytheinfluenceofsynthetictechnologicalconditionsofgelformation,theconclusionisasfollows:

withtheincreaseofwateradded,geltimeincreasegradually.PH'sinfluenceonthegelformationisrelativelycomplex,whenpHupto2,thegelwillincreaseastimegoesby,WhenpHvaluescontinuetorise,geltimewillgraduallyreduce.Waterbathtemperaturerisewillmakegeltimeisreduced.Studyeventuallydeterminewatercontentis32ml,thereactiontemperatureis80℃,thepH=1,canformuniform,transparentandthestabilityofthegel,thegelwaspreparedbythecansatisfythedemandofexperiment.Ofwetgelisfiredafterdryingunder100℃,studyofofglasssampleswhenthesinteringtemperatureis1000℃,holdingtimeof1h,theZnO-B2O3-SiO2waspreparedbyglasssamplesoftruedensityis2.5968,lossof1.9356,theresultisbetter.

Keywords:

longafterglow;sol-gel;ZnO-B2O3-SiO2glass;density;loss

1引言

长余辉发光材料是指能够吸收和储存外界光辅照能量，然后在室温下可缓慢的以可见光的形式释放这些能量的材料。

长余辉发光材料作为研究和应用最早的发光材料，其应用非常广泛。

近几十年来，随着高级科学技术和信息技术的不断发展提高，长余辉发光材料的应用领域被进一步拓宽，如：

航空仪表和汽车仪表的字盘显示、夜光漆、夜光搪瓷、发光水泥和工艺美术以及军事领域等[1]。

长余辉（夜光）现象早已为人们所熟知。

但对长余辉发光玻璃材料的研究却是近几年刚兴起的一个热门的方向。

为了增强长余辉现象，人们通常是采用将稀土离子加入到玻璃宿主基质中，以此来增强玻璃材料的长余辉现象。

有专家研究了许多稀土离子掺杂方法，如：

离子注入法、化学气相沉积法、电化学镀膜法和分子束外延法等。

这些方法虽然可以制出一般的发光材料，但其发光强度和发光效率却不能满足实用化。

主要原因在于所选用的宿主玻璃对稀土离子的固溶度很小，从而导致长余辉效应变短，不能满足实际需求。

对于现在长余辉发光玻璃的研究按其性能与用途主要可以分为以下几类：

微晶发光玻璃、低熔点发光玻璃、高温合成发光玻璃和热熔发光玻璃。

其中微晶发光玻璃是指掺加有稀土离子的特定组成的玻璃配合料，经过高温熔制、澄清、均化、缓冷而制备成的透明玻璃。

然后再将这种透明玻璃经过热处理使其微晶化，从而得到大量的微小晶体。

因为这些晶体是具有能级缺陷的晶体结构，从而获得微晶发光玻璃。

由于微晶发光玻璃的这种特殊性能，使得它受到人们很大的青睐，使其应用领域十分宽阔。

对于低熔点发光玻璃，主要是指将玻璃粉和长余辉发光材料进行混合，并在较低的温度下进行熔融，使发光材料的细小微粒能够在基质玻璃中均匀分布，待退火成型后即可得到具有发光效果的成品玻璃。

目前，这种玻璃的应用也较为广泛，且其应用的主要对象还处于陶瓷领域。

对于热熔发光玻璃的制备与低熔点发光玻璃的制备方法比相近，且这种玻璃比较适合对已有的玻璃工艺品或平板玻璃进行后处理加工。

作为一种传统的制备玻璃的方法，高温合成法仍然是现代制备玻璃的主要方法，主要是指将掺杂有稀土离子的原料在较高的温度下，进行熔融，以此来制备出发光玻璃。

由于长余辉发光玻璃制备方法的不断更新，使得长余辉发光玻璃的应用领域不断拓宽，从最基本的生活需要，演变到如今高科技领域的大量需求。

现在的长余辉发光玻璃在军事、电子通讯、电子信号、储能等高科技领域都具有广泛的应用。

虽然长余辉发光玻璃的制备方法得到了不断更新，但由于现在技术所制备的长余辉发光玻璃的余辉发光性能还不能完全满足这些领域对它的要求，因此，长余辉发光玻璃的应用仍然受到一定的限制。

正如上面内容所说，科学家对这种材料的研究还都比较侧重于稀土离子的选择与外在照射条件的要求，而对于长余辉发光玻璃的基质玻璃的研究相对而言还比较欠缺。

因此，本研究决定以稀土离子的宿主玻璃为研究对象，来进行研究。

鉴于，如今比较受到关注的ZnO-B2O3-SiO2基质玻璃具有较为广泛的应用，因而，本研究决定来对其进行研究。

本研究主要采用溶胶-凝胶发来制备该基质玻璃。

对于高温熔融法制备玻璃，人们已经取得了相当程度的进展，而对于溶胶-凝胶法来制备玻璃却是近几年刚刚开始广泛应用的。

故本研究决定采用溶胶-凝胶法来制备稀土离子的宿主玻璃，并重点研究溶胶-凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2宿主玻璃的工艺流程。

研究凝胶形成过程中的影响因素和玻璃烧成时的工艺制度，从而确定出最佳的合成条件和烧成制度，以便满足生产要求，填补稀土离子宿主玻璃制备的空缺。

2文献综述

2.1长余辉发光玻璃

长余辉发光材料是指受到光的辐照，并能储存能量，且当辐照停止后，又能将储存的能量以可见光的形式缓慢释放出来的物质。

它的发展经历了一个从多晶块状形态（或粉末）到单晶体、薄膜、陶瓷、玻璃等形态的过程。

在此发展过程的初期，晶体由于本身的特性，很难以单晶的形式制成足够大的平板，故在初期长余辉发光材料通常是以多晶块状或粉末状的形式存在，但颗粒的形状和大小不均匀，使其应用受到了限制[2]。

经过研究，人们发现，由于玻璃具有均匀、透明，并且易于加工成各种形状的优点，如，可以加工为纤维和大尺寸平板。

而且在玻璃中还可以掺杂较高浓度的稀土离子，故玻璃被选为一种较为理想的基质材料，来作为稀土离子的载体，生产长余辉发光玻璃。

现在，长余辉发光玻璃的应用十分广泛，在高科技以及其他重要领域都有相当大的应用。

目前，长余辉发光玻璃可以被应用于军事、光通讯、光学、储能和显示等诸多领域，且受到相当的重视[3]。

2.1.1长余辉发光玻璃的历史

长余辉现象是由Palilla[4]和Abbruscato[5]等首次观察到的，这种材料在近年来发展十分迅速，并且引起了人们相当的重视。

早在1962年，科恩（Coben）和史密斯（Smith）在研究中发现Eu2+掺杂的硅酸钠玻璃有对光反应变色的现象。

这种硅酸钠玻璃吸收能量，如受到阳光照射后，迅速在玻璃中产生可见色心，而当移去光源后，可见色心又会迅速衰减，在短短几秒的时间内几乎会完全消失。

当时他们建议，这种玻璃可以被用作玻璃窗帘材料、挡风板材料、眼镜材料以及空间设备材料，这就是最早的长余辉发光玻璃。

此后很长的一段时间内对于长余辉发光玻璃的研究进展十分缓慢，甚至到20世纪90年代中期，人们制备的长余辉发光玻璃的余辉时间在室温下的余辉还都在处于1ms的数量级。

直到1996年，松泽（Matsuzaki）等发现把Eu2+和Dy3+共掺杂到多晶SrAl2O4中，所产生的余辉时间要大于1min，这项研究不仅建立了长余辉发光材料发展的里程碑，也为长余辉发光玻璃的发展打下了坚实基础。

此后，在短短的几年时间内，具有高亮度、长余辉的各种发光玻璃逐步被研制成功。

侯赛因（Hussain）等人首先发现用紫外线对掺杂Eu2+的GeO-PbO-Bi2O3玻璃进行照射，当停止照射，移去光源后可以观察到GeO-PbO-Bi2O3玻璃产生余辉大于0.5h左右的橘红色发光。

山崎（Yamazaki）等人发现用紫外光对掺入Tb3+的60ZnO-20B2O3-20SiO2玻璃进行照射，当移去紫外线光源停止照射后，可以观察到余辉大于1h的绿色发光。

林元华等人制备的Eu2+,Dy3+共掺杂的SrO-MgO-B2O3-SiO2玻璃，当移去紫外线光源停止照射后，可以得到余辉大于5h的蓝绿色发光。

邱（Qiu）等人将Eu2+掺杂到Ca-A2O3-B2O3中制成玻璃，再用白炽灯照射可以产生余辉大于8h的绿色发光。

此外，邱（Qiu）等人还制备了掺杂Eu2+的SrO-Al2O3-SiO2玻璃，这种玻璃用白炽灯照射后可以得到大于24h的长余辉发光，且发光颜色呈绿色[6-7]。

更为引人瞩目的是，随着技术的发展发光玻璃在飞秒激光作用下产生的新现象，采用飞秒激光照射含有稀土离子的玻璃时，可以观察到长余辉现象出现。

例如邱（Qiu）等人发现，对于掺杂有Ge4+的SiO2玻璃，采用波长为800nm、频率为l