纳米晶剪裁硫系玻璃陶瓷的光功能设计与可控晶化机理研究

具备特定光功能的红外硫系玻璃陶瓷在集成化红外光学系统方面具有广阔的应用前景和价值，亦是当前国内外广泛关注的焦点之一。其中关键技术是玻璃可控晶化研究，实现纳米晶功能剪裁。本项目具体通过如下几项工作，突破相关的晶化理论和功能剪裁的科学问题：研究硫系玻璃的晶核形成速率曲线和晶粒生长速率曲线，认识晶化过程中晶粒尺寸和分布可控机理，获得高密度且尺寸可控的晶粒分布；研究基于硫系玻璃形成区的普适性相变规律，通过玻璃组成设计控制析出各类功能晶体；研究硫系玻璃陶瓷的纳米晶光功能剪裁技术，制得抗环境冲击性能优良的、功能各异纳米晶复合的红外透明硫系玻璃陶瓷，具备如红外倍频、晶体场修饰稀土离子发光增强和生物/化学传感用透红外纳米多孔结构等功能。本课题研究可望提出硫系玻璃可控晶化机理，解决目前纳米晶复合透明硫系玻璃陶瓷可控制备和功能开发的关键技术问题，为实现硫系玻璃陶瓷在红外光电领域的应用提供理论基础和技术支撑。

本项目细致研究了硫系玻璃在热处理过程中晶核形成和晶粒生长所涉及基本科学问题，掌握了硫系玻璃成核速率和晶粒生长速率曲线，并指导制备出高结晶度且尺寸可控的玻璃陶瓷样品；认识了硫系玻璃普适性的相变规律，掌握玻璃陶瓷样品中晶粒晶相的控制析出；并且实现了光功能纳米晶复合硫系玻璃陶瓷的可控制备及功能化开发，如三阶非线性增强、近/中红外发光增强等。在国家自然科学基金的经费支持下，本研究取得了一批创新性成果，相关研究工作以学术论文形式发表在SCI收录期刊上16篇，申请国家发明专利5项（已授权3项），相关成果作为“基于硫系玻璃的新型红外光学系统关键技术的研发及产业化”项目的部分内容获得了教育部科学技术奖二等奖。总之，本研究按既定的实施方案顺利地完成了相关研究工作，获得了较好的实验数据和理论认识，也为今后的低成本高效红外光电材料开发奠定了良好基础。