透明微晶玻璃的研究現(xiàn)狀及展望

1、透明微晶玻璃的研究現(xiàn)狀及展望 學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院 班級：無機(jī)14-4班 人員：胡靖東（1402020407） 都大洋（1402020404） 滕宏遠(yuǎn)（1302020416） 李敬瑤（1302020409）透明微晶玻璃的研究現(xiàn)狀及展望摘要摘要透明微晶玻璃是一種具有優(yōu)良熱、力、光及化學(xué)性能的新型功能材料，在國防尖端技術(shù)、微電子技術(shù)和化學(xué)化工等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。介紹了透明微晶玻璃的光學(xué)原理、制備條件、主要組成體系及其制備工藝、應(yīng)用領(lǐng)域，并展望了透明微晶玻璃的發(fā)展前景。透明微晶玻璃是通過對某些特定組成的基礎(chǔ)玻璃在一定溫度下進(jìn)行受控晶化而得到的一類既含有大量微晶體又含有殘余玻璃相的新型材料。

2、它具有能透可見光、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性能優(yōu)良、介電常數(shù)穩(wěn)定、耐磨、耐腐蝕，熱膨脹系數(shù)可調(diào)等特性，其性能指標(biāo)優(yōu)于同類玻璃和陶瓷。透明微晶玻璃是通過組成的設(shè)計(jì)來獲取特殊的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等功能，其優(yōu)異的性能使這種材料在航空航天、電子、機(jī)械、化工、激光技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)將成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。關(guān)鍵詞：透光率; 微晶玻璃; 光學(xué)原理; 玻璃1 透明微晶玻璃的研究歷史與現(xiàn)狀 微晶玻璃的發(fā)展歷史大致可以分為3個(gè)階段:第1階段為20世紀(jì)50年代末期至70年代中期，以低膨脹微晶玻璃的研究為主，并獲得了透明微晶玻璃;第2階段是20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，

3、開發(fā)了與金屬類似的具有可切削加工的微晶玻璃;第3個(gè)階段是20世紀(jì)80年代中期至今，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的多相微晶玻璃得到廣泛研究。對微晶玻璃的嘗試性研究可以追溯到1739年，Reaumur從碳酸鈣一石灰一氧化硅玻璃制得受表面晶化機(jī)制所支配的多晶材料，但因材料很脆而未能獲得實(shí)際應(yīng)用200多年后，美國康寧公司研制出光敏微晶玻璃，并申請了第1項(xiàng)微晶玻璃專利1925年Tamman對包括無機(jī)玻璃在內(nèi)的過冷液體的晶化進(jìn)行了研究，他認(rèn)為成核速率與晶體長大速度是影響玻璃結(jié)晶的2個(gè)重要因素，選擇最優(yōu)的成核溫度是生產(chǎn)微晶玻璃的重要措施20世紀(jì)50年代，Stookey對微晶玻璃進(jìn)行了大量的研究，推出了以TiO2為晶核劑的范

4、圍很廣的玻璃組成，發(fā)展了微晶玻璃理論3,1967年Beall等研究出了一種有效控制析晶的方法，采用這種方法可在硅鋁鏗鎂鋅系統(tǒng)玻璃中析出尺寸小于100nm的價(jià)石英固熔體，且所制備的微晶玻璃具有很小的膨脹系數(shù)和很高的光學(xué)透過率。20世紀(jì)70年代，美國通用電器公司制成了氧化憶透明陶瓷4,氧化憶是立方晶系晶體，具有光學(xué)各向同性的性質(zhì)山于氧化憶陶瓷在寬的頻率范圍內(nèi)尤其是在紅外區(qū)內(nèi)具有很高的光學(xué)透光率，因此這種材料被作為各種檢測窗口同時(shí)山于其具有高的耐火度，可用作高溫爐的觀察窗以及高溫環(huán)境條件下所應(yīng)用的透鏡此外，氧化憶透明陶瓷還可用于紅外發(fā)生器管、天線罩等該時(shí)期透明微晶玻璃的典型代表是德國Schott公司

5、所研發(fā)的發(fā)熱 Zerodur透明微晶玻璃，其具有特別優(yōu)異的性能，包括接近于0的熱膨脹系數(shù)、良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的光學(xué)均勻性、良好的可機(jī)械加工性和高的化學(xué)穩(wěn)定性等1980年美國的Corning公司和Dentsply牙科公司聯(lián)合進(jìn)行了齒冠修復(fù)用微晶玻璃材料的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用研究，并開發(fā)出商品名為Dicor的以八硅云母為主晶相的半透明齒冠產(chǎn)品20世紀(jì)80年代初，美國的CoorsPorcelain公司和Raytheon公司在美國國防部的大力支持下，成功地制備出了性能良好的熱壓尖晶石透明陶瓷材料。該材料在紫外、可見與紅外光區(qū)域都具有良好的光學(xué)透過率，其耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗沖擊、硬度和抗彎強(qiáng)度較高

6、，同時(shí)具有十分優(yōu)良的電絕緣性能以及電化學(xué)穩(wěn)定性，在導(dǎo)彈頭罩、潛艇、坦克的觀察窗和各種高溫高壓設(shè)備觀察窗等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1993年Wang等報(bào)道了第1塊氟氧化物微晶玻璃，獲得了具有熒石結(jié)構(gòu)的透明微晶玻璃1995年Hirao等研制出了含-PbF2微晶的GeO2-PbO-10PbF2系透明微晶玻璃，但這種材料不太穩(wěn)定。 Sngimoto等隨后的研究工作表明，-PbF2能夠沉淀在50SiO2-30PbF2-10ZnF2-10EuF中形成透明微晶玻璃，使材料的穩(wěn)定性得到了提高。1995年晶相為LaF38的微晶玻璃研發(fā)成功，研究中發(fā)現(xiàn)山于稀土離子在LaF3晶體中的溶解度很高，所以這種微晶玻璃具有較低的

7、聲子能量，能夠阻比多聲子弛豫，還有較好的熱穩(wěn)定性以及制備的可靠性。2000年美國康寧公司從Mg2 SiO4-Zn2SiO4-Li4SiO4三元體系生產(chǎn)出主晶相為-和-硅鋅礦的透明微晶玻璃，并通過在該三元體系組成中加入一定量的Cr2O3改善了透明微晶玻璃的光學(xué)活性2004年口本株式會社發(fā)明了一種超低熱膨脹系數(shù)的透明微晶玻璃這種微晶玻璃適于制備新一代LSI光刻設(shè)備和半導(dǎo)體設(shè)備部件(如掩模、光學(xué)反光鏡、晶圓平臺和光罩平臺等)，其超低熱膨脹性能和優(yōu)良的加工性能使其可用于制備各種精密元件2006年中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所采用溶膠一凝膠法制備了一種含堿土氟化物納米晶的透明微晶玻璃，其化學(xué)組分(摩爾分?jǐn)?shù)

8、)為: xSiO2-yMF2-zErF3, x=50%95%，y=(100-x-z)%，z=0%10%，M為堿土金屬Ba或Sr該微晶玻璃可以在紅外光(波長976nm)和近紫外光(波長378nm)的激發(fā)下發(fā)射波長為525nm和540nm的綠光以及波長為660nm的紅光。2 透明微晶玻璃的光學(xué)原理2.1 透過率微晶玻璃的微觀結(jié)構(gòu)山玻璃相、晶粒、晶界、異相雜質(zhì)、氣孔及缺陷構(gòu)成當(dāng)入射光照射到微晶玻璃上時(shí)會在表面發(fā)生反射與折射，而在微晶玻璃內(nèi)部會發(fā)生多次散射和吸收，其中散射對微晶玻璃的透光率影響最大當(dāng)一束入射光照射到透明微晶玻璃上時(shí)，其透過率可由式(1)表示: 式中: I0為入射光強(qiáng)，IR為反射光強(qiáng)，I

9、A為吸收光強(qiáng)，IT為透射光強(qiáng)，穿過微晶玻璃的光強(qiáng)度越大，微晶玻璃的透過性就越好。由于空氣和透明微晶玻璃的折射率存在差異，所以當(dāng)入射光照射到透明微晶玻璃表面的時(shí)候存在反射顯然，這種差值大小與材料本身的折射率有關(guān)，也與入射光的波長有關(guān)入射光照射到透明微晶玻璃表面時(shí)的反射率可根據(jù)式(2)算出: 式中: R為反射率，I0為入射光強(qiáng)，IR為反射光強(qiáng)，n為微晶玻璃的折射率。對于一般微晶玻璃材料來講，光的透過率山材料的吸收系數(shù)和厚度來決定，其相互關(guān)系可用式(3)表示: 式中: T()、IT、I0、R、x分別為微晶玻璃材料對應(yīng)波長為a的光的透過率、透光強(qiáng)度、入射光強(qiáng)、反射系數(shù)、吸收系數(shù)和材料的厚度吸收系數(shù)越大

10、，則原子對光的吸收越多，透射光強(qiáng)越弱，微晶玻璃材料越不透明。對于微晶玻璃材料來說，除了式(3)中原子對光的吸收之外，還有山于晶粒的存在而引起的散射對于透明微晶玻璃，光散射遵循瑞利散射理論根據(jù)Reyleight定律，散射光強(qiáng)度主要山晶相與玻璃相的折射率比值和晶粒尺寸決定10。山散射體引起的散射截面積可表示為11: 式中: S為散射體引起的散射截面積，d為散射體的直徑，為入射光波長，n1、n2分別為散射體以及基體的折射率從式(4)可以看出，隨著入射光波長的減小以及散射體直徑的增大，散射截面積增大對于微晶玻璃來說，散射體主要是微晶體，所以為了減少山散射引起的光衰減，增大透過率，必須減小晶粒尺寸。 當(dāng)

11、晶粒尺寸小于可見光波長時(shí)，其散射率較小，就可以得到較高的透明度3，根據(jù)瑞利散射模型，當(dāng)散射體的尺寸小于可見光波長時(shí)，散射光的強(qiáng)度可以描述為12: 其中: 為散射角，L是距離半徑為r的散射體中心的距離，M為散射體的折射率與周圍介質(zhì)的折射率的比值根據(jù)式(5 )，散射強(qiáng)度主要取決于晶粒半徑與入射光波長的比值，即r/因此，當(dāng), L, 給定時(shí)，r/越小，離r/ M越接近，則透過率越高即透明性越好。2.2 透過波段電子吸收光子能量以后發(fā)生能級躍遷是透明微晶玻璃吸收入射光的原因電子躍遷除與物質(zhì)中原子種類以及原子排列狀態(tài)有關(guān)之外，還與入射光的波長有關(guān)電子躍遷與入射光波長的關(guān)系可根據(jù)能帶方程給出: 式中: Eg

12、為物質(zhì)本身的能級大小，為入射光波長，為材料的截比波長山式(7)可知，當(dāng)入射光波長恰好等于時(shí)，其能量等于電子躍遷能量，此時(shí)能量被完全吸收山于光子的能量隨波長的減小而增加，所以當(dāng)入射光的波長小于時(shí)，光將被吸收，即微晶玻璃對該波長的入射光不透明當(dāng)入射光波長大于時(shí)，將能夠透過微晶玻璃，所以稱為截止波長。在長波長區(qū)域，透明微晶玻璃的透光性將山于原子或離子的彈性振動(dòng)與外來的輻射發(fā)生共振而終止，最大的透光波長為: 式中: max為透明微晶玻璃的最大透射波長，f為力學(xué)常數(shù)，Mc為陽離子原子量，Ma為陰離子原子量，所以透明微晶玻璃的透光范圍為max。2.3制備透明微晶玻璃所必須滿足的條件微晶玻璃是否透明主要是山

13、微晶玻璃中的晶粒大小及晶相與玻璃相之間的折射率差值決定的晶相與玻璃相之間折射率差值大小對透光度的影響可以用渾濁度來表達(dá)3, 13: 式中:k是入射光的波矢量,N為晶相與玻璃相折射率的平均值，On為玻璃相與晶相的折射率差值，L為相之間的平均距離從式(9)中可以看出，通過降低玻璃相與晶相之間的折射率差值，可以有效減小混濁度，提高透明度在一定的條件下，微晶玻璃的混濁度也可以描述為3,13: 式中:甲為晶相平均體積分?jǐn)?shù)，k為入射光的波矢量,R為晶粒的半徑，N為晶相與玻璃相的折射率的平均值，n為玻璃相與晶相的折射率差值從式(10)中可以看出，混濁度主要取決于晶相平均體積分?jǐn)?shù)、晶粒大小和晶相與玻璃相之間的

14、折射率差值當(dāng)晶相體積分?jǐn)?shù)小于50%時(shí)，隨著晶相體積分?jǐn)?shù)的增大，混濁度增大而當(dāng)晶相體積分?jǐn)?shù)大于50%時(shí)，隨著晶相體積分?jǐn)?shù)的增大，混濁度減小在其它參數(shù)不變的情況下，晶相體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，混濁度出現(xiàn)最大值隨著晶粒半徑的增大，混濁度明顯增加隨著晶相與玻璃相之間的折射率差值的增大，混濁度增大山以上分析可知，為了保證微晶玻璃的透明性，必須滿足2個(gè)條件14:一是晶粒足夠小，使光束通過時(shí)不發(fā)生衍射;二是晶體與玻璃相的折射率相近，光通過時(shí)山散射引起的能量損失最小。 基礎(chǔ)玻璃的組成體系和各組元的含量是影響透明微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的主要因素之一選擇某種組成體系來制備透明微晶玻璃，應(yīng)保證以下2個(gè)條件:選擇的組成體系應(yīng)

15、易于控制析晶，使母體玻璃中能夠析出細(xì)小的晶粒;易于控制析出晶相的種類，以便控制玻璃相與晶相折射率的差值迄今為l :，科研工作者已經(jīng)對多種體系的微晶玻璃進(jìn)行了研究，主要組成體系列于表1。從表1中可以看出，透明微晶玻璃主要可分為氧化物體系、氟氧化物體系和氟化物體系，其中對氧化物體系中的LAS系統(tǒng)研究得較多LAS系統(tǒng)透明微晶玻璃的主晶相為價(jià)石英，而價(jià)石英晶體的折射率與LAS系統(tǒng)基礎(chǔ)玻璃的折射率相近，從而保證了微晶玻璃的透明性。4 透明微晶玻璃制備工藝微晶玻璃的制備方法主要有3種:(1)通過熔融法(或稱為熔體冷卻法)制得基礎(chǔ)玻璃，然后再對基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行熱處理而獲得微晶玻璃該方法簡稱為基礎(chǔ)玻璃熱處理法。(

16、2)通過溶膠一凝膠法制得干凝膠，然后再對干凝膠進(jìn)行熱處理而獲得微晶玻璃此方法又稱為凝膠熱處理法。(3)通過原料混合、壓型、干燥和燒結(jié)來制備微晶玻璃該法簡稱燒結(jié)法。4.1 基礎(chǔ)玻璃熱處理法微晶玻璃最早是山基礎(chǔ)玻璃熱處理法制得的這種方法至今仍是制備微晶玻璃的主要方法其先決條件是基礎(chǔ)玻璃應(yīng)具有析晶能力通常是在原料中加入一定量的成核劑使玻璃在熱處理過程中充分形核，然后進(jìn)一步升溫使晶核長大成微晶體山于晶體的內(nèi)能比玻璃低，玻璃中有微晶析出時(shí)，在差熱曲線上會顯不出明顯的放熱峰，如果基礎(chǔ)玻璃容易析晶，則放熱峰對應(yīng)的溫度就較低因此，可山差熱分析法來確定基礎(chǔ)玻璃是否能析晶及析晶的難易同時(shí)，也可根據(jù)差熱曲線確定玻璃

17、的轉(zhuǎn)變溫度和成核溫度核化的目的是為了使母體玻璃中充分成核，依據(jù)的原理是溫度變化引起溶液濃度起伏，濃度起伏達(dá)到核化要求時(shí)開始形核核化過程完成后，繼續(xù)升溫，山于質(zhì)點(diǎn)向核坯遷移而使晶核進(jìn)一步長大成微晶體通常，采用基礎(chǔ)玻璃熱處理法制備微晶玻璃時(shí)，一般都要經(jīng)歷核化與晶化兩步法熱處理過程(簡稱兩步法熱處理制度)也有一些析晶能力強(qiáng)的基礎(chǔ)玻璃在加熱過程中就已完成核化，因此，將其直接加熱到晶化溫度就可以獲得微晶玻璃，這就是通常所說的一步法熱處理制度?；A(chǔ)玻璃熱處理法的最大特點(diǎn)是可以沿用任何一種玻璃的成形方法，如吹制、壓制、拉制及離心澆注等制備出各種形狀的基礎(chǔ)玻璃，而微晶玻璃也能保持基礎(chǔ)玻璃的外形與通常的陶瓷成形

18、工藝相比，這種方法更適合于自動(dòng)化操作和制備組成均勻、無氣孔、形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品與陶瓷制品相比，對于制造薄壁空心制品和其它具有小截面形狀的產(chǎn)品，這種方法的優(yōu)勢更為明顯，因?yàn)闆]燒成的陶瓷半成品是易碎的，而原始玻璃成品則比較堅(jiān)固。 第二個(gè)特點(diǎn)是，將玻璃在梯溫爐內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)晶化，最終可以得到晶體定向排列、具有特殊性能的透明微晶玻璃對于各向異性的晶體，晶格常數(shù)最小的方向，即晶格點(diǎn)陣周期短、點(diǎn)陣密度最大的方向是晶體的最快生長方向這是因?yàn)閺牟ＡB(tài)的各向同性向晶體的各向異性轉(zhuǎn)變時(shí)，該方向上的自山燴差最小，最終能夠形成含柱狀、針狀甚至纖維狀微晶體的定向結(jié)晶微晶玻璃如王為等”7利用此技術(shù)成功制備出了Ba0-S

19、r0-TiOz-SiOz透明極性微晶玻璃，并研究了電子束照射對Ba0-Sr0-TiOz-SiOz系透明微晶玻璃析晶性能的影響 第三個(gè)特點(diǎn)是，盡管山燒結(jié)法也能獲得透明陶瓷材料，但其透光性能和光學(xué)均勻性依賴于致密度、氣孔率、晶體結(jié)構(gòu)、晶粒大小、原料雜質(zhì)含量、配合料的均勻性、燒成溫度、燒成氣氛、燒結(jié)壓力和表面光潔度等因素因此，在制備透明陶瓷時(shí)，往往需要采用高純原料，配合料要混合均勻，燒結(jié)溫度較高，有時(shí)還要采用加壓燒結(jié)方法再者，透明陶瓷的化學(xué)組成通常都比較單一，微量雜質(zhì)的存在均可使其性能發(fā)生顯著變化因此，較難通過組分調(diào)整來改變透明陶瓷的性能，如YGO, GSO等氧化物透明陶瓷 30. 3及A1N, Z

20、nS,ZnSe,CaF2非氧化物系列透明陶瓷 32等而用基礎(chǔ)玻璃熱處理法則可以獲得組成復(fù)雜的多組分體系透明材料，一方面少量雜質(zhì)的存在對其性能不會造成明顯的影響，另一方面可以通過改變組成來調(diào)整并優(yōu)化其性能。 為了獲得透明微晶玻璃材料，一般通過組成設(shè)計(jì)使基礎(chǔ)玻璃與析出晶相的折射率接近，再通過核化與晶化工藝參數(shù)的控制使析出微晶體的尺寸小于可見光波長2008年Thia-na Berthier等”2研究發(fā)現(xiàn)，只要使析出晶相與基礎(chǔ)玻璃相的化學(xué)組成相近，母體玻璃中析出晶粒尺寸為lam級的微晶玻璃也有很高的可見光透率為了驗(yàn)證Thiana Berthier等的研究結(jié)果，筆者對Thiana Berthier等公布

21、的玻璃(Si02 a0-Na20體系)進(jìn)行了熔制試驗(yàn)，通過DSC測定，確定了這種玻璃的核化與晶化制度，最后獲得了結(jié)晶程度、晶粒大小、透光度與Thiana Berthier等相近的微晶玻璃材料在此基礎(chǔ)上，我們又設(shè)計(jì)了摻一定量Nd203 , Yb20:的玻璃組成，對其進(jìn)行微晶化處理后，獲得摻Nd203 , Yb20:的高結(jié)晶度透明微晶玻璃材料，大大拓展了透明微晶玻璃的組成范圍和品種。4.2 凝膠熱處理法 凝膠熱處理法也有人稱為溶膠一凝膠法，它是一種近期發(fā)展起來的能代替高溫固相合成反應(yīng)制備陶瓷、玻璃和許多固體材料的新方法溶膠一凝膠技術(shù)是利用金屬醇鹽或其它鹽類溶解在醇、醚等有機(jī)溶劑中形成均勻的溶液，溶

22、液通過水解反應(yīng)形成溶膠，再通過縮聚反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成凝膠33,34。成形可在溶膠或凝膠狀態(tài)下進(jìn)行，隨后進(jìn)行干燥處理而成干凝膠，再經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為氧化物或其他化合物固體材料近些年來這種方法一直是玻璃和陶瓷等材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是:(1)原料的混合在液態(tài)下進(jìn)行，因而是分子級的混合，組成均勻性優(yōu)于山傳統(tǒng)陶瓷和玻璃制備方法而獲得的材料;(2)在室溫下就可以形成玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而其制備溫度比傳統(tǒng)熔體冷卻方法低得多，且可防比某些組分揮發(fā)并減少污染;C3)可獲得均質(zhì)高純材料;C4)較容易制備包含高度分散的極細(xì)小的第二相粒子的復(fù)相材料，甚至能夠制備出一維的第二相復(fù)相材料但這種方法也存在一些缺點(diǎn)，如燒結(jié)過程中制

23、品較易變形、生產(chǎn)周期長、成本高等。由這種方法制備的透明微晶玻璃具有耐高溫、高強(qiáng)、高韌性、良好的介電性、鐵電性以及其它特殊性能，顯不了廣闊的應(yīng)用前景和特有的科學(xué)研究價(jià)值姚奎等22利用此法在低溫下合成了均勻的PITS系鐵電透明微晶玻璃山于避免了傳統(tǒng)工藝中的高溫熔融過程，消除了Pb組元在高溫下的強(qiáng)烈揮發(fā)，所以制品中得到了大量難熔的PbTi03 ,Pb (Zr,Ti)03納米晶相研究表明，制品中鐵氧體與荃青石共存，介電常數(shù)小于6，截l :頻率高于2GH z，起始磁導(dǎo)率高于3該材料具有可調(diào)控的電磁性能，可望用作特高頻多層片式電感介質(zhì)材料。燒結(jié)法是將玻璃原料或山熔融法制得的玻璃粉通過燒結(jié)傳統(tǒng)陶瓷的方法來制

24、備微晶玻璃的方法1962年H.Schonborn35首先提出利用這種方法制備微晶玻璃該法制備微晶玻璃溫度低，熱處理工藝簡單，可采用陶瓷廠的普遍設(shè)備，通常不需使用晶核劑其主要缺點(diǎn)是，與燒結(jié)陶瓷相同，內(nèi)部氣孔難以排除，燒結(jié)變形大。用燒結(jié)法制備的微晶玻璃集中在鏗鋁硅、鎂鋁硅、鈣鋁硅、鉛硼鋅等系統(tǒng)，其中在鏗鋁硅系統(tǒng)與鎂鋁硅系統(tǒng)中已經(jīng)制得了透明微晶玻璃。5 透明微晶玻璃的應(yīng)用 目前，透明微晶玻璃的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。 (1)光纖放大器近年來隨著光纖通信的發(fā)展，迫切需要提高目前在波分復(fù)用系統(tǒng)中廣泛使用的摻餌光纖放大器的傳輸容量，而其中一個(gè)比較有效的方法就是提高其增益帶寬，然而山于稀土離子自身發(fā)光性

25、的限制，增益帶寬度卻不是很理想光纖通信的發(fā)展要求光纖放大器的損耗要低，但使用稀土離子的障礙之一就是激發(fā)態(tài)的壽命以及非輻射躍遷強(qiáng)烈地依靠離子的局域環(huán)境聲子能量山于氟氧化物微晶玻璃的特殊結(jié)構(gòu)，稀土離子優(yōu)先在微晶中富集，微晶提供了晶體的局域環(huán)境，而且有低的聲子能量，使2個(gè)條件同時(shí)得到滿足，因此更適合作為稀土離子的基質(zhì)材料P. A.T1Clc 36研究了P r'在微晶玻璃中的特性，與ZBLAN相比，熒光壽命延長，量子效率提高，而且山于其獨(dú)一無二的微結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生小的散射損失，因此摻Pr3微晶玻璃作為1300 nm的光纖放大器顯T出很好的發(fā)展前景含Tm/Er YF3的透明微晶玻璃可實(shí)現(xiàn)寬帶紅外發(fā)射，

26、發(fā)光峰最大半高寬達(dá)175nm，可完全覆蓋1.4-1.7微米光通訊窗口，可望開發(fā)為優(yōu)良光纖放大器材料。 (2)激光材料及太陽能電池Reisfeld等對含Cr'透明微晶玻璃進(jìn)行了研究該材料運(yùn)用了微晶玻璃的透明性與Cr'的熒光特性基于Cr'處于低晶體場中時(shí)，其“Tz 4Az能級分裂與z E-'Az相當(dāng)或更小，能制成寬帶的四能級可調(diào)諧的激光材料;又因Cr'在可見光區(qū)有寬廣的吸收區(qū)(aAZ aAz- Ti和“Az 4Tz)，通過Stokes效應(yīng)能在近紅外區(qū)發(fā)射熒光('Tz-'Az，而這些波段(730 - 830nm)正是太陽能硅電池的靈敏吸收區(qū)，所

27、以利用這些特性可制造可調(diào)諧的激光材料與太陽能集光器W ang等報(bào)道的Pb>Cd，一F摻Y(jié)b3 . Era和單摻Er'透明微晶玻璃無論是熒光強(qiáng)度還是上轉(zhuǎn)換效率都有很大提高，在Er'和Yb'共摻雜的氟氧化物微晶玻璃中，當(dāng)用0. 971m激光激發(fā)時(shí)，山于Er'的“53、2aS3/ 2 - 115/ 2轉(zhuǎn)換，與氟化物玻璃相比，上轉(zhuǎn)換發(fā)光亮度增加近100倍，紅色和綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率分別增加G倍和10倍，7，而且還有更穩(wěn)定的化學(xué)和機(jī)械性能，以及比氧化物玻璃或晶體更高的激光損傷閡值同時(shí)，這種透明的微晶玻璃比氟化物玻璃或晶體更易制備這些都是氟氧化物微晶玻璃作為激光材料應(yīng)用

28、的有利條件因此，稀土離子摻雜的氟氧化物微晶玻璃作為固態(tài)激光器的激光材料有著巨大的應(yīng)用前景。 (3)激光導(dǎo)航陀螺儀及天體測量望遠(yuǎn)鏡鏗鋁硅系統(tǒng)玻璃在合適的溫度下熱處理，能生成晶粒尺寸為30一60nm且具有負(fù)熱膨脹系數(shù)的價(jià)石英固溶體，其折射率與玻璃相接近，因此可以獲得透過率高、熱膨脹系數(shù)接近于。(0. 5 X10 7 / 0C,甚至為負(fù)值)、熱穩(wěn)定性好的微晶玻璃，適用于高精度激光導(dǎo)航陀螺儀芯材和腔體材料，也適用于制造尺寸穩(wěn)定、性能要求高和反射高能量而不產(chǎn)生變形的天體測量望遠(yuǎn)鏡37,38。 (4)三維立體顯不三維立體顯不應(yīng)用方面的透明微晶玻璃主要是指透明氟氧化物微晶玻璃上轉(zhuǎn)換材料圖1是頻率上轉(zhuǎn)換三維立

29、體顯不的原理不意圖在兩束激光交叉點(diǎn)，發(fā)光中心的電子經(jīng)過兩級泵浦激發(fā)從基態(tài)能級激發(fā)到較高激發(fā)能級當(dāng)這些電子向下能級躍遷時(shí)產(chǎn)生可見光發(fā)射兩束激光的交叉點(diǎn)按所不立體圖形在上轉(zhuǎn)換材料中做相應(yīng)的空間三維尋址掃描，即可以顯不各種三維立體圖像這種顯不方法不僅可以再現(xiàn)各種實(shí)物的立體圖像，而且可以隨心所欲地顯不各類山計(jì)算機(jī)處理過的高速動(dòng)態(tài)立體圖像它的另一個(gè)突出特點(diǎn)是不需要借助任何助視工具，單憑肉眼就可以看到360全方位可視的三維立體圖像這些特點(diǎn)都是目前所使用的二維顯不和虛擬三維顯不技術(shù)等所無法比擬的。(5)聲表面波、壓電和熱釋電透明微晶玻璃不僅具有良好的光學(xué)性能，而且在機(jī)械強(qiáng)度、介電性能及壓電性能等方面還具有自

30、己的新特點(diǎn)例如極性透明微晶玻璃就是一種具有多種功能的復(fù)合型透明微晶玻璃，與壓電單晶、壓電陶瓷及壓電高分子材料相比，非鐵電極性微晶玻璃具有壓電應(yīng)變常數(shù)大、溫度及壓力穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，不存在老化、退極化的問題，容易制成大體積和異形制品，所以該材料在聲表面波、壓電和熱釋電等方面得到了廣泛研究，并在水聲應(yīng)用中取得了一定進(jìn)展。6 展望透明微晶玻璃山于在新型高性能光學(xué)材料的研發(fā)方面具有自己獨(dú)到的特點(diǎn)，加之隨著人們對其透明機(jī)理、顯微結(jié)構(gòu)、工藝制度及基礎(chǔ)玻璃系統(tǒng)等基礎(chǔ)研究工作的不斷深入，透明微晶玻璃的應(yīng)用前景將會更加廣闊以適應(yīng)光學(xué)通訊、光信息處理、近代遙感、激光技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展需要為目標(biāo)，活性光學(xué)材料(電光、磁光、聲光、壓電性及非線性光學(xué)材料等)的開發(fā)研究將是透明微晶玻璃的主要研究方向之一;為了滿足應(yīng)用市場對透明微晶玻璃不斷提出的要求，透明微晶玻璃的研究開發(fā)也應(yīng)朝著組分多元化、功能復(fù)合化和結(jié)構(gòu)精細(xì)化的方向發(fā)展，39i此外，高析晶度、高透光率的透明微晶玻璃可望替代傳統(tǒng)意義上的透明陶瓷，在固體激光器、紅外發(fā)生器、紅外探測