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近年来,由于在红外探测、三维显示、海底通讯、生物标签等领域的应用,稀土离子掺杂的频率上转换发光材料得到了广泛的研究。其中稀土离子掺杂的重金属氟氧化物玻璃陶瓷更是引起了研究者的广泛重视。通过调整组分和热处理条件,实现氟化物析晶可控以及稀土离子在析出纳米晶中重掺的目的,从而综合氟化物晶体低声子能量和氧化物玻璃高机械强度和稳定性的优点。 本文采用高温烧结法制备了Er3+掺杂的SiO2-PbF2-PbO透明玻璃和玻璃陶瓷样品,并测试了样品的氟浓度、差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、上转换光谱、吸收谱和衰减谱等。详细讨论了反应过程中不同制备工艺参数对氟损失的影响以及氟含量对玻璃的热性质和玻璃陶瓷的光谱性质的影响。分析了晶体生长过程中Er3+离子进入已经形成的晶体的过程。希望通过制备工艺的改进及退火过程的控制实现玻璃陶瓷发光性质的优化。 首先制备了初始摩尔组分为50SiO2–xPbF2–(50-x)PbO–1ErF3(x=20、25、30、35、40)的玻璃和玻璃陶瓷样品。研究了烧结过程中不同的初始组分和烧结时间对氟损失的影响以及不同的氟含量对样品光谱性质的影响。结果显示常规的烧结过程有大量的氟损失,且氟损失随初始氟含量的增加和烧结时间的增加而增加。氟含量的增加导致了样品的玻璃转变温度的降低以及相应玻璃陶瓷的上转换发光强度的增强。 在上述基础上采取将坩埚加盖的方法继续增加样品中的氟含量,制备了高氟含量的样品。测试的结果显示与低氟含量的先驱样品为非晶态不同,高氟含量的先驱样品中出现了β-PbF2结晶,结晶为球形且颗粒尺寸大约在10-15nm。并且高氟含量的未退火样品中Er3+存在于玻璃基质和PbF2结晶的混合相中。退火后玻璃基质中的Er3+进入了PbF2微晶中,显示了比退火前强的上转换发光强度。然而当初始的PbF2含量增大到55mol％时,样品发生旋节分解,没有观察到氟化物微晶的形成。 最后研究了高氟含量的玻璃陶瓷退火过程中Er3+环境的改变。结果表明,虽然XRD显示在高氟含量的先驱样品中已经有PbF2结晶沉积,然而大部分的Er3+离子仍然存在于玻璃相中。随着热处理时间的逐渐增加,玻璃相中的Er3+逐渐进入到氟化物纳米晶体中。当热处理时间增加到15min时,几乎所有的Er3+都进入到氟化物纳米晶体中。基于实验分析,认为退火过程中Er3+不仅能够作为晶核剂促进氟化物结晶,而且能在晶体生长过程中掺入纳米晶体中。