CN107500528A - 一种偏振玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种偏振玻璃及其制备方法，所述偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 50～55份，Na2O 30～35份，ZnO 1～5份，Al2O3 3～8份，NaF 2～6份，KBr 0.5～2份，Ag2O 0.2～0.7份，Sb2O3 0.1～0.5份，CeO2 0.01～0.2份。所述偏振玻璃中含有Ag2O，经光热处理后能形成银纳米颗粒，从而很好的解决了在制备偏振玻璃过程中向玻璃基体中引入银元素的问题。

Description

一种偏振玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及偏振玻璃技术领域，尤其涉及一种偏振玻璃及其制备方法。
背景技术
偏光器件被广泛地应用于光显示、光通讯、光检测等多个领域，这些领域也对偏光器件提出了光学性能达到所需水平、成本低廉能大批量生产、物理化学性能满足不同的应用场合等要求。传统的偏光器件存在天然晶体偏光器件成本昂贵，非天然晶体材料偏光器件使用范围很受限制等问题。偏振玻璃的出现很好地解决了这一问题。
偏振玻璃是一种将长粒状金属银纳米颗粒以同一取向均匀分布于玻璃基体中的复合材料，具有偏光性能优异、生产成本低、易于切割加工、耐湿热等优点。偏振玻璃能表现出偏光性能的关键是由于玻璃基体中银纳米颗粒的存在，但是现有技术中并没有很好的解决在制备偏振玻璃过程中向玻璃基体中引入银元素的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种偏振玻璃及其制备方法，旨在解决在制备偏振玻璃过程中向玻璃基体中引入银元素的问题。
本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 50～55份，Na2O30～35份，ZnO 1～5份，Al2O3 3～8份，NaF 2～6份，KBr 0.5～2份，Ag2O 0.2～0.7份，Sb2O30.1～0.5份，CeO2 0.01～0.2份。
优选的，所述的偏振玻璃，其中，按重量份计，包括组分：SiO2 52～54份，Na2O 31～33份，ZnO 3～5份，Al2O3 4～6份，NaF 2～4份，KBr 0.8～1.4份，Ag2O 0.4～0.6份，Sb2O30.1～0.3份，CeO2 0.05～0.1份。
更优选的，所述的偏振玻璃，其中，按重量份计，包括组分：SiO2 53.2份，Na2O31.92份，ZnO 3.8份，Al2O3 5.3份，NaF 3.88份，KBr 1.14份，Ag2O 0.48份，Sb2O3 0.2份，CeO2 0.08份。
另一方面，本发明还提供一种如以上任一项所述的偏振玻璃的制备方法，其中，所述制备方法包括步骤：
称取各组分混匀后加入到石英坩埚中，在1300～1400℃下保温4～7h，再进行浇注、成型、退火、切割、抛光处理后得到玻璃样品；
将玻璃样品进行紫外曝光1～5min，以及在400～600℃下热处理1～3h，得到所述偏振玻璃。
所述的偏振玻璃的制备方法，其中，所述退火温度为400～500℃，退火时间为1.5～2.5h。
有益效果：本发明提供了一种偏振玻璃及其制备方法，所述偏振玻璃中含有Ag2O，经光热处理后能形成银纳米颗粒，从而很好的解决了在制备偏振玻璃过程中向玻璃基体中引入银元素的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1的偏振玻璃的透射光谱图。
图2是本发明实施例1的偏振玻璃未经光热处理的SEM图。
图3是本发明实施例1的偏振玻璃经光热处理后的SEM图。
具体实施方式
本发明提供一种偏振玻璃及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例提供的一种偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 50～55份，Na2O 30～35份，ZnO 1～5份，Al2O3 3～8份，NaF 2～6份，KBr 0.5～2份，Ag2O 0.2～0.7份，Sb2O3 0.1～0.5份，CeO2 0.01～0.2份。
进一步的，SiO2是基础玻璃的主体氧化物，以硅氧四面体[SiO2]的结构单元相互连接形成不规则的连续网络体，该网络体是基础玻璃的骨架。SiO2含量的增加有利于玻璃机械强度的改善，然而含量过高时玻璃会变的难于熔化。在本实施例中，SiO2的含量为50～55份，例如可以为50份、51份、55份等。
进一步的，Na2O起到助溶剂和澄清剂的作用，以NaNO3的形式引入。Na2O是基础玻璃网络体的网络外体氧化物，它能提供钠离子Na+居于网络体的空穴中，除此之外也能提供游离氧使[SiO2]网络体中的O/Si比值增加，硅氧键发生断裂，从而降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，也有利于玻璃的澄清。但是Na2O的引入量不能过多，否则将导致玻璃的热膨胀系数增加，玻璃的热稳定性、化学稳定性及机械强度降低。在本实施例中，Na2O的含量为30～35份，例如可以为30份、34份、35份等。
进一步的，ZnO的引入是为了提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZnO为中间体氧化物，在一般情况下，以锌氧八面体[ZnO6]作为网络体外氧化物，当玻璃中的游离氧足够时，可以形成锌氧四面体[ZnO4]而进入玻璃的结构网络，使玻璃的结构更趋稳定。在本实施例中，ZnO的含量为1～5份，例如可以为1份、2份、5份等。
进一步的，原料Al2O3的引入是为了降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强度。Al2O3也是中间体氧化物，在玻璃中有两种配位状态，即[AlO4]和[AlO6]。当游离氧多时以[AlO4]状态存在，当游离氧不足时则以[AlO6]存在。当其位于高配位状态时，玻璃具有较高的折射率和较小的分子体积；当其处于低配位状态时，玻璃的折射率和密度降低。在本实施例中，Al2O3的含量为3～8份，例如可以为3份、7份、8份等。
进一步的，NaF、KBr以及Ag2O是形成银颗粒的主要离子，其中，Ag2O以AgNO3或AgCl的形式引入。在光热处理过程中，Ag2O提供的银离子部分被还原为银原子作为晶体成核剂，未被还原的Ag+、Br-、NaF以及未作为晶体成核剂的银原子一起以银核为核心集聚生长成银胶团。在本实施例中，NaF的含量为2～6份，KBr的含量为0.5～2份，Ag2O的含量为0.2～0.7份。例如NaF可以为2份、5份、6份等，KBr可以为0.5、1.5份、2份，Ag2O可以为0.2份、0.3份、0.7份等。
进一步的，本发明引入少量的Sb2O3主要是起到热还原剂的作用，光热处理过程中能促进银胶团的生长。在本实施例中，Sb2O3的含量为0.1～0.5份，例如可以为0.1份、0.4份、0.5份。
进一步的，本发明引入少量的CeO2主要是起到光敏剂的作用，其提供部分铈离子以三价态Ce3+的形式存在与玻璃中，Ce3+在紫外光照条件下自身被电离释放出一个电子，该电子与银离子Ag+结合能够促进银离子的还原过程。在本实施例中，CeO2的含量为0.01～0.2份，例如可以为0.01份、0.15份、0.2份。
采用以上配方的偏振玻璃表现出良好的偏光性能，本发明实施例提供的偏振玻璃，以硅铝锌钠体系为基础，含有一定量的Ag2O，从而向玻璃中引入了银元素，玻璃经光热处理后能形成银纳米颗粒，从而很好的解决了在制备偏振玻璃过程中向玻璃基体中引入银元素的问题。
优选的，所述的偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 52～54份，Na2O 31～33份，ZnO 3～5份，Al2O3 4～6份，NaF 2～4份，KBr 0.8～1.4份，Ag2O 0.4～0.6份，Sb2O3 0.1～0.3份，CeO2 0.05～0.1份。采用此优选配方的偏振玻璃更有利于生成银纳米颗粒。
更优选的，所述的偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 53.2份，Na2O 31.92份，ZnO 3.8份，Al2O3 5.3份，NaF 3.88份，KBr 1.14份，Ag2O 0.48份，Sb2O3 0.2份，CeO2 0.08份。采用此更优选配方的偏振玻璃对于生成银纳米颗粒最佳。
本发明实施例还提供一种如以上任一项所述的偏振玻璃的制备方法，其中，所述制备方法包括步骤：
S100、按比例称取各组分混匀后加入到石英坩埚中，在1300～1400℃下保温4～7h，再进行浇注、成型、退火、切割、抛光处理后得到玻璃样品；其中，所述退火温度为400～500℃，退火时间为1.5～2.5h。
在具体实施时，首先按照所设计的玻璃配方配制适量的原料，将其混合均匀后加入到石英坩埚中，在1300～1400℃下保温4～7h，再对玻璃进行浇注、成型、退火、切割、抛光等处理后形成玻璃样品，其中，退火温度为400～500℃，退火时间为1.5～2.5h，最后测试玻璃样品光热处理前后的相关性能，所测试的性能包括玻璃样品透过率及样品形貌。
S200、将玻璃样品进行紫外曝光1～5min，以及在400～600℃下热处理1～3h，得到所述偏振玻璃。
所述步骤S200也即是玻璃的光热处理，是将所制备的玻璃样品进行后续的紫外曝光和高温热处理，其中，紫外曝光时间为1～5min，热处理温度为400～600℃，热处理时间为1～3h，使玻璃中生成银纳米颗粒，从而制备出玻璃基银纳米颗粒复合材料。
本发明制备出了玻璃基银纳米颗粒复合材料(偏振玻璃)，其在可见-近红外波段的透过率大于90％，具有较高的透过率，经光热处理后，在420nm处出现银颗粒特征吸收峰，玻璃中能形成银纳米颗粒，解决了偏振玻璃制备过程中引入银元素这一关键问题。
下面以具体实施例对本发明做详细说明：
实施例1
一种偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 53.2份，Na2O 31.92份，ZnO 3.8份，Al2O3 5.3份，NaF 3.88份，KBr 1.14份，Ag2O 0.48份，Sb2O3 0.2份，CeO2 0.08份。本实施例制备的偏振玻璃的玻璃样品所测试得到的透射光谱如图1所示，在红外波段玻璃样品的透过率高达90％，经光热处理后在420nm处形成了银纳米颗粒的本征吸收峰。图2为未经光热处理的玻璃样品SEM照片，图3为经光热处理后的玻璃样品SEM照片，经光热处理后玻璃样品内部由银纳米颗粒生成，解决了偏振玻璃制备过程中引入银元素的问题。
实施例2
一种偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 50份，Na2O 30份，ZnO 4份，Al2O3 8份，NaF 6份，KBr 1份，Ag2O 0.7份，Sb2O3 0.1份，CeO2 0.2份。本实施例制备的偏振玻璃的玻璃样品采用与实施例1相同的测试方法，结果显示本实施的玻璃样品经光热处理后同样生成了银纳米颗粒，解决了偏振玻璃制备过程中引入银元素的问题。
实施例3
一种偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 55份，Na2O 35份，ZnO 3份，Al2O3 3份，NaF 2份，KBr 1.69份，Ag2O 0.2份，Sb2O3 0.1份，CeO2 0.01份。本实施例制备的偏振玻璃的玻璃样品采用与实施例1相同的测试方法，结果显示本实施的玻璃样品经光热处理后同样生成了银纳米颗粒，解决了偏振玻璃制备过程中引入银元素的问题。
实施例4
所述的偏振玻璃，按重量份计，包括组分：SiO2 52份，Na2O 33份，ZnO 3份，Al2O3 6份，NaF4份，KBr 1.4份，Ag2O 0.4份，Sb2O3 0.1份，CeO2 0.1份。本实施例制备的偏振玻璃的玻璃样品采用与实施例1相同的测试方法，结果显示本实施的玻璃样品经光热处理后同样生成了银纳米颗粒，解决了偏振玻璃制备过程中引入银元素的问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种偏振玻璃，其特征在于，按重量份计，包括组分：
2.根据权利要求1所述的偏振玻璃，其特征在于，按重量份计，包括组分：
3.根据权利要求2所述的偏振玻璃，其特征在于，按重量份计，包括组分：
4.一种如权利要求1～3任一项所述的偏振玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：
称取各组分混匀后加入到石英坩埚中，在1300～1400℃下保温4～7h，再进行浇注、成型、退火、切割、抛光处理后得到玻璃样品；
将玻璃样品进行紫外曝光1～5min，以及在400～600℃下热处理1～3h，得到所述偏振玻璃。
5.根据权利要求4所述的偏振玻璃的制备方法，其特征在于，所述退火温度为400～500℃，退火时间为1.5～2.5h。
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