以溶膠凝膠法製備Yb^3+摻雜鋅鋁磷酸鹽玻璃的性質與結構之研究

The Study of Properties and Structure of Yb^3+-Doped Zinc Aluminum Phosphate Glasses by Sol-Gel Method

朱錦明(C. M. Chu) ； 朱柏豪(P. H. Chu) ； 楊希文(H. W. Yang) ； 楊文彬(W. P. Yang)

《鑛冶：中國鑛冶工程學會會刊》 55卷2期 (2011/06) Pp. 109-118

https://doi.org/10.30069/MM.201106.0012

摘要

本研究以溶膠凝膠法針對不同摻雜量稀土氧化物（Yb2O3）的之三元系鋅鋁磷酸鹽玻璃（P2O5-Al2O3-ZnO），探討此系列玻璃之物理性質、熱性質及光學性質的變化以及結構的研究。實驗結果顯示，ZnO與Zn（NO3）2系列玻璃，玻璃軟化溫度（Td）在570℃以下；玻璃轉化溫度（Tg）在500℃以下；熱膨脹係數（α）為3.65~8.64×10^（-6）/℃（100-300℃），其玻璃溶水率（H2O 90℃1days, wt％ loss）可低至5.2×10^（-8） g/cm^2‧min，折射率、玻璃密度隨著稀土氧化物（Yb2O3）含量增加而增加。研究中利用傅立葉紅外光譜儀（FTIR）、Raman光譜儀以來探討分析玻璃內部的鍵結情形。在磷酸鹽玻璃中，隨著Al2O3含量的增加，Al^3+離子會以四配位的方式進入玻璃網絡體中，並形成Al-O-P鍵結。

關鍵字

溶膠凝膠 ； 磷酸鹽 ； 稀土氧化物 ； Raman光譜儀 ； 傅立葉紅外光譜儀

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In this study sol-gel method is used to produce ternary zinc aluminum phosphate glasses (P2O5-Al2O3-ZnO) doped with varying amount of rare earth oxide (Yb2O3). The physical properties, thermal properties, optical properties, and structure of these glasses were determined and studied. Results showed that for ZnO and Zn (NO3)2 series glasses: softening temperature (Td) was at 570°C, transition temperature (Tg) was below 500°C, thermal expansion coefficient (α) was 8.64~3.65×10^(-6)/°C(100-300°C), and dissolution rate of water (H2O 90°C 1days, wt% loss) was 5.2×10^(-8)g/cm^2 *min. The refractive index and glass density increased with an increase of rare earth oxides (Yb2O3).This study used Fourier infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy to analyze the bonding structure. For phosphate glasses, as Al2O3 content increases, Al^3+ ions becomes part of the four-way coordination body of the glass network and constitutes an Al-O-P bond.

並列關鍵字

Sol-gel ； Phosphate ； Rare earth ； Raman spectroscopy ； Fourier infrared spectroscopy