Dy3+/Tb3+掺杂铝硼硅系统玻璃的析晶动力学研究

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近几十年来,随着通讯、激光等新技术的迅速发展,人们对磁光材料的需求和研究也更加深入,因此一系列磁光材料和器件涌现而出。本论文基体玻璃组成选用铝硼硅系统,控制改变Dy3+和Tb3+的掺杂量,此方法制备的玻璃具有磁光特性,属磁光玻璃的一种。旨在探讨一种高性能磁光玻璃,同时对其进行析晶动力学研究,分析其析晶行为。本论文的主要研究内容如下:首先采用高温熔融冷却工艺,制备出不同浓度Dy3+/Tb3+掺杂铝硼硅系统玻璃。通过对制得的玻璃进行差示扫描量热分析,确定玻璃的析晶峰温度。在析晶放热峰温度下进行保温处理,得到析出晶体。根据Kissinger方程,计算不同稀土离子掺量的析晶动力学参数和转变动力学参数。计算可知:当Dy3+/Tb3+离子掺杂浓度为25 mol%时,对应玻璃的析晶活化能和玻璃转变活化能分别为:532.79 kJ/mol和413.22 kJ/mol。平均析晶指数为0.8;随着Tb3+离子掺杂浓度增加到33 mol%时,其析晶活化能和转变活化能分别为:327.83k J/mol和323.82 kJ/mol。对比以上参数得知,随着稀土离子掺杂量的增大,对应的玻璃析晶活化能和转变活化能均减小,说明稀土离子浓度越大,玻璃越不稳定。对制得的不同稀土离子掺量磁光玻璃进行保温处理使其析晶,对比析晶前后的膨胀系数、密度、化稳性等。首先对析出的晶体进行X射线衍射分析,确定析出的晶体主要为TbBO3,然后对玻璃析晶前后进行膨胀测试,发现析晶前后随着Dy3+/Tb3+离子掺杂量的增大,膨胀系数α逐渐减小,密度逐渐增加,析晶后的膨胀系数和密度整体大于析晶前的;玻璃析晶前的耐酸性大于析晶后的耐酸性,析晶后的耐碱性大于析晶前的耐碱性。对玻璃析晶前后的光学性能进行研究,发现玻璃样品的Verdet常数的绝对值与Dy3+/Tb3+离子含量呈正线性函数,即Tb3+含量越高玻璃的磁光效应越明显;玻璃析晶前的激发强度和发光强度大于析晶后的,在375 nm激发下基质玻璃的发光强度随着Tb3+离子含量的增加先增加后降低。在紫外光照射下,含Tb3+离子的玻璃析晶前后皆表现出发黄绿光。通过对磁光玻璃进行析晶动力学研究分析,以及分析对比析晶前后的物化性能、光学性能,对在磁光玻璃在实际生产中有很好的参考意义。
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