近年来，透明纳米结构玻璃陶瓷因其在光通讯、激光、固态三维显示和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景，而成为光学材料领域的研究热点之一。透明玻璃陶瓷是一类通过玻璃的受控晶化而形成的由特定纳米晶相和玻璃基体构成的复合材料，比如近年来研究较多的氟氧化物玻璃陶瓷纳米复合材料。其优点在于：(1)  具有晶体高的发光效率；(2)  具有无机玻璃高的机械强度、化学稳定性和易于加工的特点； (3)  相对于晶体材料，制备技术简单、周期短、成本低。

         研究的核心问题：获得均匀分布于玻璃基体的特定纳米晶相，且稀土离子进入晶相环境。

       一般采用熔体急冷法和后续晶化处理来获得玻璃陶瓷，其典型流程如下图所示：

        下面介绍几个本人在玻璃陶瓷方面的工作实例

1、玻璃陶瓷的纳米晶化和稀土分离

通过组分调整与晶化控制，在同一硅铝氧化物玻璃基体中成功析出单分散分布的镧系三氟化物（LnF₃, Ln=La-Lu）纳米晶；从玻璃网络结构、组元间键能关系以及镧系元素半径收缩原理出发，成功地解释了析出晶相存在二形性转变的现象。

玻璃陶瓷的显微结构照片，可以看出晶粒较均匀地分布在玻璃基体上。

相关工作参考： CrystEngComm, 11, 1686 (2009)

 

        小结：通过选择合适的前驱玻璃组成和晶化条件，可以获得具有接近理想结构的透明纳米结构玻璃陶瓷复合材料。该类材料的显著特征在于：（1）纳米晶相具有较大的选择性；（2）稀土离子富集于纳米晶中有利于促进离子间的相互作用。 因此，材料在实现新颖上转换、量子剪裁下转换、敏化发光等方面具有独特的优势。

        针对既有的玻璃陶瓷体系，通过进一步改善显微结构和提高物性，可望开发其在短波长（紫外-蓝光）上转换激光器、太阳能电池和固态照明等方面的潜在应用。

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