近中红外发光玻璃是制备近中红外光光源的核心材料，但是玻璃中含有的羟基是近中红外发光的淬灭中心与光吸收损耗的主要原因。怎样降低玻璃中的羟基含量成为提升近中红外发光玻璃的发光效率并降低光吸收损耗的重要方法。
湘潭大学徐昌富老师课题组利用能与羟基进行反应的化学澄清剂在玻璃熔融过程中分解氧化释放出气体，这些气体部分能够与羟基反应、形成气泡逸出玻璃液，促使水气加速从玻璃液中析出，从而达到降低玻璃中羟基含量的目的。使用化学澄清剂来降低玻璃中的羟基含量，需要根据玻璃的基质材料与掺杂离子种类来确定。玻璃熔融温度较低的使用分解或氧化温度较低的化学澄清剂，如碲酸盐玻璃可以使用硝酸盐作为化学澄清剂；玻璃熔融温度较高的使用分解或氧化温度较高的化学澄清剂，如硅酸盐可以使用硫酸盐作为化学澄清剂；如果玻璃基质成分或者掺杂离子易氧化或者红外发光激化中心离子易氧化，则需要使用还原性化学澄清剂，如硫氧玻璃和掺铋玻璃。另外，由于玻璃对羟基或水分子都具有一定的固溶度，在玻璃熔融过程中，空气中的水分子在玻璃液中达到溶解平衡，为了防止空气中的水分子重新溶入玻璃液中，要求熔融过程尽量将玻璃液与空气隔离。
徐昌富教授课题组在之前的研究中发现，高浓度ZnF2可以有效增强Er3+/Yb3+共掺杂氧氟亚碲酸盐玻璃2.85um的近红外发光，为了进一步证明ZnF2对玻璃去羟基的增强作用。在本文中，制备了一系列Er3+/Yb3+共掺杂氧氟亚碲酸盐玻璃，研究ZnF2含量对玻璃结构、羟基含量、取代PbF2时声子能量与近中红外特性。
图1玻璃基质成分为50TeO2-(47.5-x)PbF2-xZnF2-1.5YbF3-1ErF3(x=0, 10, 20, 30, 47.5)的(a)近红外发光，(b)中红外发光，(c) Raman光谱，(d)红外透射光谱。
由图可见，伴随着ZnF2逐渐取代PbF2，玻璃的近中红外发光逐渐增强。由于玻璃基质成分的改变，玻璃的声子能量是随着ZnF2用量的增加而逐渐增大的，玻璃声子能量增大一般会造成发光强度减弱，说明有别的因素存在。而(d)图显示，ZnF2逐渐取代PbF2，玻璃的羟基吸收强度逐渐减弱。根据(d)图利用公式α(OH-)=ln(T0/T)/l，N(OH-)=NAα(OH-)/ε计算结果如表1。
表1玻璃基质成分为50TeO2-(47.5-x)PbF2-xZnF2-1.5YbF3-1ErF3(x=0, 10, 20, 30, 47.5)的羟基吸收系数与羟基浓度
parameter | Zn-0 | Zn-10 | Zn-20 | Zn-30 | Zn-47.5 |
α(OH-), cm-1 | 2.30 | 1.48 | 1.05 | 0.95 | 0.72 |
N(OH-)(×1019cm-3) | 2.817 | 1.814 | 1.287 | 1.165 | 0.882 |
根据表1的结果显示，随着ZnF2逐渐取代PbF2，玻璃中的羟基吸收系数逐渐减弱、羟基浓度逐渐减小，说明利用ZnF2取代PbF2制备出来的玻璃具有更低的羟基浓度，而羟基又是玻璃红外发光的淬灭中心，所以玻璃的发光强度随着玻璃中的羟基含量降低而增强。
本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司OmniFluo900系列稳态瞬态荧光光谱仪系统，如需了解该产品，欢迎咨询：010-56370168。
湘潭大学徐昌富老师课题组简介
徐昌富副教授，湘潭大学硕士生导师。研究方向为：稀土发光材料及其应用，包括：1、高转换效率三基色荧光粉的制备；2、LED灯用照明荧光材料(包括荧光粉和玻璃陶瓷)；3、上转换纳米荧光材料及其生物成像；4、稀土红外荧光材料的制备与应用。
文章信息
这一成果以“Increasing ZnF2content enhancing the near- and mid-infared emission in Er3+/Yb3+codoped oxyfluorotellurite galsses with decreased hydroxyl”为题发表在Journal of Luminescence上。湘潭大学徐昌富教授为论文通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116683
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