基于离子交换法的银赋存状态调控对稀土离子掺杂玻璃发光性质及机理的影响研究

Rare earth ions doped luminescent glasses have been widely employed in the fields of laser, optical amplifier, optical communication and display. However, the practical application of these glasses is restricted due to their weak luminescence efficiency. Silver addition in rare earth ions doped glasses can be used to enhance their luminescence properties. But both existing states of silver and the luminescence enhancement mechanisms are not clear in the rare earth doped glasses, which has seriously impeded their potential applications. Using ion-exchange process is not only able to introduce silver ions in the glass substrates, which does not damage glasses, but also can realize the controllable preparation of silver existing states in the glasses. In this project, ion exchange process will be chosen by controlling the parameters such as ion-exchange temperature, exchange time, ratio of molten salt composition and heat treatment temperature for the purpose of selected preparation of existing states of silver in the rare earth doped glasses. Formation and transformation mechanisms of silver existing states will be investigated in the rare earth doped glasses, and the correlation between silver existing states and luminescence property of rare earth ions will be discussed. In addition, the intrinsic physical mechanisms about luminescence enhancement caused by existing states of silver will be explored by systematically changing silver existing states in the rare earth doped glasses. The implement of this project will be of great significance not only for enhancing the luminescence properties of rare earth ions doped glasses, but also for developing new types of rare earth doped glasses devices.

稀土离子掺杂发光玻璃在激光、光学放大器、光通讯和显示等领域具有广泛的应用前景,然而由于其发光效率不高限制了其应用。在稀土掺杂玻璃中添加银可增强其发光性质，但稀土掺杂玻璃中银的赋存状态及其对稀土离子的发光增强机理并不完全清楚，在一定程度上制约了其实际应用。通过离子交换法不仅可以在玻璃中引入银离子，且玻璃不被破坏等特点外，还可以实现玻璃中银赋存状态的可控制备。本课题提出采用离子交换法，通过对离子交换时间、温度、熔盐组份比例和热处理温度等各个参数的有效控制实现对稀土掺杂玻璃中银赋存状态的选择性制备,研究玻璃中不同赋存状态银的生成、相互状态之间演变的机理及银的赋存状态与稀土离子发光特性之间的关联，探索稀土掺杂玻璃中不同赋存状态的银增强稀土离子发光性质的内在物理机制。本课题的实施对于提高稀土离子掺杂发光玻璃的发光性质，开发新型、高效的稀土离子发光玻璃材料与器件具有一定的理论和现实意义。

稀土离子掺杂发光玻璃在激光、光学放大器、光通讯和显示等领域具有广泛的应用前景,然而由于其发光效率不高限制了其应用。本课题提出采用离子交换法在稀土离子掺杂玻璃中引入银,研究离子交换过程对玻璃微观结构及银赋存状态的影响、探索离子交换过程中掺杂的稀土离子对玻璃中银赋存状态的影响及研究稀土掺杂玻璃中不同赋存状态的银增强稀土离子发光性质的内在物理机制。.研究了离子交换引入银对铝硼硅酸盐玻璃的微观结构影响及玻璃结构对玻璃结构变化导致多聚体银生成的机理。研究证实：离子交换过程中较大半径的Ag+取代较小半径的Na+后进入玻璃导致玻璃中Si-O键断裂，玻璃中非桥氧键增加，Ag+通过消耗非桥氧还原生成Ag0，引起玻璃中Ag+逐渐转变为多聚体银团簇。.研究了Sm3+、Dy3+、Eu3+, La3+掺杂对铝硅酸盐、硼硅酸盐、碲酸盐等玻璃中银状态的影响，研究证实：Sm3+、Dy3+、La3+掺杂对玻璃中银状态转变没有明显影响，但是Eu3+掺杂对铝硅酸盐玻璃中银状态的有明显的影响，促进多聚体银的长大，使多聚体银转变为银纳米颗粒。.研究了铝硅酸盐、硼硅酸盐、碲酸盐等玻璃中不同状态的银对Sm3+、 Dy3+、Eu3+等稀土离子发光性质及机理的影响；研究证实通过Ag+或多聚体Ag与稀土离子之间的能量传递，可以增强稀土离子的发光；通过银纳米颗粒的表面等离子体共振效应增强激发场和稀土离子的辐射跃迁速率，提高了稀土离子的发光性质。在365或420 nm 商用芯片激发下，在含有多聚体Ag的稀土离子掺杂玻璃中实现了白光发射，这表明离子交换后的稀土离子掺杂的硅酸盐等玻璃在照明显示等领域具有潜在的应用价值。.本课题基于离子交换法在硼硅酸盐玻璃中实现了银赋存状态的选择性制备，阐明了不同状态银增强稀土离子发光性质的机理；研究结果对提高稀土离子掺杂发光玻璃的发光性质，开发新型、高效的稀土离子发光玻璃材料与器件具有重要的理论和现实意义。