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2022年, 第50卷,第4期  刊出日期:2022-04-20
    “联合国国际玻璃年”特刊—编者按
  • 邱建荣, 周时凤, 岳远征
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 877-878.
  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 王振涛, 顾少轩, 丁志松, 陶海征
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 879-885. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211079

    为探究过铝区碱土铝硅酸盐玻璃随碱土离子替换硬度(HV)和玻璃转变温度(Tg)的演化规律及结构起源,采用激光加热气动悬浮技术,制备了摩尔组成为xRO·(49-x)Al2O3·51SiO2(x=0~16;R=Mg,Ca,Sr,Ba)的系列碱土铝硅酸盐玻璃样品。采用显微维氏硬度仪、差示扫描量热法(DSC)分别对样品的维氏硬度(HV)和玻璃转变温度(Tg)进行了表征。结果表明:RO含量固定,随着R2+场强变大,玻璃的HV升高,Tg下降;RO种类固定,随着RO对Al2O3替换量的增加,玻璃的HV和Tg均下降,49Al2O3·51SiO2玻璃具有最高的HV(8.26 GPa)和最高的Tg(941 ℃)。结构解析发现:玻璃网络骨架的堆积密度、平均键能、键能密度以及作为电荷平衡体的填隙离子对玻璃HV和Tg提升或削弱的相互竞争和协同作用,是玻璃的HV和Tg随R2+的场强变化呈现反向演化、随RO对Al2O3替换呈现同向演化的结构根源。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 王超凡, 钟聪, 胡浩, 曾惠丹, 祖群
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 886-893. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211080

    采用分子动力学模拟研究了Al/(Al+Si)摩尔比对碱铝硅酸玻璃短中程结构、弹性模量的影响。研究发现:随着Al/(Al+Si)比增大,玻璃网络中非桥氧向桥氧及三键氧转变;其中Al/(Al+Si)比大于0.3时,非桥氧主要转变为三键氧。随着Al/(Al+Si)比增大,结构单元向高聚合度转变,玻璃网络连通性增加,从而玻璃的弹性模量升高。通过模拟计算其弹性模量随Al/(Al+Si)比的增大而增大,与实验数据一致,验证了利用分子动力学模拟来指导高模量玻璃组成设计的可行性。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 丁志松, 王兵兵, 王振涛, 乔昂, 顾少轩, 陶海征
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 894-901. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211042

    为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源,采用激光加热气动悬浮技术,制备了组分为xAl2O3·(100-x)SiO2(30≤x≤63,摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征。结果表明:随着Al2O3含量增加,玻璃硬度逐渐升高,于x=63时硬度最大(8.94 GPa);而玻璃的抗碎裂性随Al2O3含量的增加呈现非线性变化,并于x=63时出现最大的抗碎裂性(19.49 N)。结构解析发现:随着Al2O3含量增加,原子堆积密度和平均场键能密度的升高是导致玻璃硬度上升的原因;存在分相的玻璃中相界面可有效提升玻璃的抗碎裂性能,而单相均匀玻璃中Al含量的提升亦会明显提升玻璃的抗碎裂性,这两者之间的协同和相互竞争是准二元铝硅体系玻璃抗碎裂性出现非线性变化的结构根源。莫来石相区组分的玻璃结构类似,抗碎裂性未发生明显的变化。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 李晓曼, 郭海
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 902-912. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211023

    玻璃中铋离子的超宽带近红外(NIR)发光应用前景广泛,但Bi近红外中心的稳定性问题限制了其实际应用。为此,本工作以铋掺杂钇铝硅酸盐玻璃为研究对象,对可有效调控铋近红外发光行为的局域过剩电荷模型进行了补充与拓展,通过调控玻璃网络中引入的网络修饰体(Y3+)和低于四价的可取代Si4+的网络形成体(Al3+),在铋离子周围建成了局域过剩负电荷场,从而有效调控了铋离子在钇铝硅酸盐玻璃中的近红外发光行为(包括其价态、吸收和发光强度与峰位);同时提出了Bi近红外中心的分布规律:Bi0主要分布在Si-O-Si/Si-O-Al网络结构多元环中,而Bi+主要分布在Si网络框架结构的缝隙沟道内。一方面,解决了钇铝硅酸盐玻璃,甚至其他碱金属、碱土金属(锂/钠/钾、镁/钙/锶/钡等)铝硅酸盐玻璃中铋近红外中心的稳定性问题,为铋激光玻璃的设计和后期光纤制备奠定了实验与理论基础;另一方面,也证实了局域过剩电荷模型的有效性和普适性,为其他多价态发光离子(例如Eu、Ce、Cu、Ag、Sn等)的价态稳定化和网络分布可调化提供了新思路、新方法。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 张瑞丽, 王建荣, 马德龙
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 913-918. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211100

    针对铋掺杂玻璃发光机理不明确的问题,以Bi2O3-AlPO4-SiO2玻璃为研究对象,对其开展结构研究。采用硝酸铋、乳酸铝、磷酸三乙酯和正硅酸四乙酯作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了xBi2O3-AlPO4-SiO2(0≤x≤0.15)的三元体系玻璃,并使用固态核磁共振(NMR)技术及X射线光电子能谱系统解析了xBi2O3-AlPO4-SiO2玻璃的原子级结构。NMR结果证明:制备的玻璃由AlPO4和SiO2纳米团簇组成。XPS结果表明该系列的玻璃中没有形成Bi—O—Bi键。通过27Al{31P} REDOR、31P{27Al} REAPDOR,31P CT-DRENAR-BABA-xy16,及29Si MAS单共振实验证明:Bi2O3的加入促进了AlPO4团簇逐步增大,直到最后形成明显的分相,Bi2O3同时存在于SiO2和AlPO4两相中。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 李宏, 乐毅, 王鹏, 杨洁
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 919-928. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211160

    荧光玻璃(PiG)作为荧光转换材料广泛应用于发光二极管(LED)器件封装。然而,使用单一折射率结构的荧光玻璃与封装材料和空气界面间的折射率跨度大,光在界面间传递时会产生很大的损耗。另外,荧光玻璃的烧结温度普遍较高,会降低荧光粉的光转换效率。针对上述问题,制备出梯度折射率结构且能够和黄色荧光粉折射率相匹配的无铅硼锌硅基质玻璃;结合多层丝网印刷和低温烧结工艺,制备得到梯度折射率结构的B2O3-ZnO-SiO2系荧光玻璃,将其用于LED封装,可提高LED器件的光学性能。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 王为政, 袁坚, 李昌钦, 滕飞
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 929-936. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211005

    采用化学刻蚀法,在钠钙硅玻璃表面进行化学刻蚀。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备纳米二氧化硅颗粒,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)控制其团聚度,然后在化学刻蚀后的玻璃表面喷涂不同团聚度的纳米二氧化硅颗粒,构建多级微纳结构,进一步经全氟癸基三乙氧基硅烷(PFTS)修饰,获得超疏水玻璃表面。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪等测试方法对涂层的微观形貌、润湿性等进行了表征。结果表明:所制备的玻璃表面具备牢固的超疏水特性,经过600目砂纸循环摩擦50次后仍可保持水接触角为156.13°±2°。玻璃表面的超疏水性归因于低表面能物质PFTS和表面微纳结构的共同作用,其较好的耐磨性归因于玻璃表面刚性的微米级粗糙结构与喷涂的纳米级SiO2颗粒在玻璃表面堆积形成的结构相互交错,构成了更为耐磨的微-纳结构。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 刘郑威, 张帅明, 罗理达, 汪庆卫, 蒋伟忠, 赵祥
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 937-942. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211055

    高硅氧玻璃纤维应用广泛、性能优异。目前制备高硅氧特种玻璃纤维的主要方法是酸沥滤。酸沥滤法是将玻璃纤维原纱通过酸沥滤,热处理等工艺制备得到高硅氧玻璃纤维。采用Raman光谱研究SiO2-Na2O二元系玻纤在酸沥滤、热处理工艺制备高硅氧玻璃纤维过程中的纤维结构变化。结果表明:酸沥滤过程使硅氧四面体的弯曲振动峰和不对称伸缩振动峰向低波数偏移,且峰强变弱,主要由于酸沥滤过程提高了纤维的SiO2含量并改变了内部结构。热处理后,纤维Raman光谱的不对称伸缩振动峰消失,出现缺陷谱线D1和D2,且不同热处理温度后纤维的致密度不同,主要是由于热处理过程中纤维发生的缩合反应导致的。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 王煜泽, 汪俊, 焦凯, 梁晓林, 孙伟路, 白胜闯, 赵浙明, 戴世勋, 王训四
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 943-949. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211026

    传统硫系玻璃必须在完全隔氧的环境下进行熔制,但是微量氧化物对硫系玻璃的具体性能影响仍是一个问题。为了探究微量氧化物对As-Se玻璃中Se-H杂质的影响,使用SeO2药品对Se原料进行提纯,通过主动蒸馏法制备了多组玻璃样品,对比研究其在Ge引入后形成的弱还原条件对SeO2发挥作用的效率变化情况。光谱特性和相关数据表明:2×10-3的SeO2可以使As2Se3玻璃样品中的Se-H杂质含量在红外透过光谱中没有明显的吸收,虽然会产生少量的As-O、Se-O等氧杂质;当SeO2的添加量增加到10-2时,As-O、Se-O等氧杂质的吸收增加。当在主动蒸馏过程中引入Ge单质之后,需要适当增加SeO2的添加量才能最终降低Se-H杂质的浓度,相比制备的As2Se3样品,该Ge-As-Se玻璃样品中的As-O、Se-O氧杂质含量有所减少,Ge-O杂质明显增多。总之,Ge金属的引入会使SeO2的作用效率减弱,要想玻璃样品的Se-H杂质在红外透过光谱中没有明显的吸收,则需要更高含量的SeO2进行补偿,该研究为进一步了解硫系玻璃中的杂质来源和低羟基硫系玻璃光纤的制备提供了一种新的思路。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 祁思胜, 李森森, 胡红斌, 李跃兵, 黄梓轩, 任和, 冯宪, 杨志勇
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 950-956. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211110

    以高纯单质为原料,通过原料提纯和玻璃熔体蒸馏的方法制备了高光学质量的As-S硫化物玻璃,采用棒管法拉制了阶跃折射率多模光纤。表征了光纤的传输损耗和高功率中红外激光传输性能,分析了光纤的激光损伤机理。结果表明:制备的纤芯直径~200µm、数值孔径~0.35的As-S玻璃光纤在2μm和4.6μm的传输损耗分别为~0.25 dB/m和~0.35 dB/m。在有效的制冷条件下,该光纤能够承受120 W的2µm连续激光输入,输出功率可达63 W。理论分析表明,该光纤在高激光功率下的损伤与纤芯玻璃中纳米异相包裹体的分布有关,在纳米异相包裹体浓度较高的区域易产生热积累,导致光纤产生热损伤。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 祖群, 宋伟, 黄松林, 郭仁贤
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 957-965. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211044

    分析了高强(HS2)玻璃纤维原丝和无捻粗纱的直径分布,评价纤维直径均值与分布参数等对HS2玻璃纤维力学性能影响。研究表明:直径在11 µm以上时,纤维束及浸胶纱拉伸强度随直径增大而降低。单纤维直径为11~13 µm的复合材料单向板拉伸强度受直径影响不大,剪切强度随直径增大而降低。宽分布高离散(Cv)直径分布形态对纤维力学性能产生不利影响,当纤维直径均值相近时,直径Cv为0.20的粗纱比0.15粗纱拉伸断裂强度低8%。直径分布状态能够揭示出其成形工装与工艺水平,高均匀纤维需更细化的严格控制工艺状态。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 李心悦, 童宇正, 林继栋, 王少雄, 李世晨, 陈大钦
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 966-974. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211030

    采用熔融急冷法在母体玻璃中原位析出四方LiYF4和立方ZnAl2O4两种纳米晶。结构和光谱表征表明Ln3+(Ln=Eu, Tb, Dy)随玻璃原位晶化进入LiYF4晶相,而Cr3+进入ZnAl2O4晶相中,因此发光中心Ln3+和Cr3+实现空间隔离,有效抑制其能量传递,从而同时得到Ln3+和Cr3+的高效发光。此外,利用Ln3+和Cr3+发光对温度的不同响应,实现Ln3+/Cr3+的荧光强度比温度传感。在377 nm波长激发下,Tb3+和Cr3+同时被有效激发,并且Tb3+∶5D4→7F5和Cr3+∶2E→4A2能级跃迁强度比呈现出强烈的温度依赖特性,测温相对灵敏度在570 K时达到最大值0.80%·K-1;在364 nm波长激发下,Dy3+的4F9/2→6H13/2和Cr3+离子的2E→4A2能级跃迁强度比随温度变化而剧烈变化,测温相对灵敏度在573 K时达到最大值0.86%·K-1。因此,双晶相玻璃陶瓷可有效隔离Ln3+和Cr3+等不同发光中心,同时实现高效发光,有利于荧光强度比光学测温,同时也拓展了玻璃陶瓷材料的应用。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 严金华, 夏家志, 陈涛, 满涛, 许周速, 刘小峰, 张航, 邱建荣
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 975-982. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20210934

    采用高温熔融-热处理技术,以Cs2O、PbI2和NaI为CsPbI3量子点前驱体,制备了CsPbI3量子点掺杂硼硅酸盐玻璃。X射线衍射和透射电镜观察表明,在玻璃内部析出了CsPbI3量子点。随热处理温度上升或B2O3含量的增加,发光峰和吸收边出现红移,荧光强度和量子产率先增大后减小,量子点的荧光衰减寿命逐渐增长。进一步分析表明,随着B2O3含量增大,玻璃中二维(2D)网络结构增多,Cs+、Pb2+和I-移动能力增强,有利于CsPbI3量子点析出和表面缺陷钝化。CsPbI3量子点掺杂硼硅酸盐玻璃的可调谐红光发射,在可见波段激光器和白光LED等领域具有潜在应用。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—研究论文
  • 王建成, 周蓓莹, 杨蓬, 赵玉叶, 王连军, 江莞
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 983-990. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211009

    ZnS∶Mn纳米晶复合玻璃因在橙红光波段优异的发光性能、高稳定性、无毒性等而受到研究者们的广泛关注。然而传统的熔融淬冷法制备温度高、退火时间长,容易造成所复合纳米晶组分的挥发、失效和团聚等问题,极大地降低了纳米晶复合玻璃的荧光性能。利用放电等离子体烧结(SPS)技术在980 ℃的较低温度下10 min内制备得到ZnS∶Mn纳米晶复合玻璃,并进行X射线衍射(XRD)、X射线光子能谱(XPS)、电子顺磁共振谱(ESR)、荧光光谱(PL)及荧光寿命进行表征。结果表明:低温快速烧结制度在避免Mn2+氧化的同时还能驱动Mn2+进入ZnS晶格,实现纳米晶的有效掺杂;通过对ZnS纳米晶组分的有效调控,抑制缺陷态荧光的产生,能进一步提高Mn2+跃迁发光。利用SPS技术制备的高性能离子掺杂型纳米晶复合玻璃有望作为固体光转换材料应用于大功率LED器件。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 王璠, 董贺贺, 郭梦婷, 邵冲云, 于春雷, 胡丽丽
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 991-1005. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211045

    掺镱石英光纤是高功率光纤激光器的核心元件,其纤芯材料是掺镱石英玻璃。掺镱石英光纤的性能与掺镱石英玻璃纤芯材料的性质密切相关。本文总结了应用溶胶-凝胶法结合高温粉末烧结的方法制备系列Al、P、F、B、Ce共掺杂的掺镱石英玻璃,以及不同共掺元素对掺镱石英玻璃的光学、光谱及结构的影响等方面的进展,为优化掺镱石英光纤的激光性能提供了参考,并指出未来应将重点关注掺镱石英玻璃微观结构与掺镱石英光纤激光性能之间的关联。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 严静萍, 邓路, 胡丽丽
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1006-1021. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211033

    磷酸盐系统玻璃由于其独特的析晶性、耐化学腐蚀性、以及光学、力学、热学、电学等方面的性能,在包括密封材料、光学元器件、生物医学玻璃、固体电解质、核废物贮存等方面有着广泛的应用。本综述结合了实验表征和材料计算模拟两方面的研究,整理了磷酸盐玻璃的结构、物理化学性能、以及两者间关系的研究现状,总结了实验表征和材料计算手段在相关研究上的应用及其相互间的对比验证,并进一步对磷酸盐玻璃研究的未来发展进行了展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 何漩, 刘启明, 赵雷
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1022-1032. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211036

    飞秒激光因脉冲持续时间短、峰值功率高、聚焦区域小等特性,在透明介质中能有效产生多光子非线性吸收选择性改变透明介质内部空间结构,从而使材料表现出很多优异性能,近些年备受关注。本文主要以飞秒激光对玻璃的改性为基础,阐述了飞秒激光诱导析晶及可控定向析晶的基本原理,综述了近年来利用飞秒激光技术在氧化物玻璃内实现LaBGeO5、LiNbO3和Ba2TiSi2O4等几种典型二阶非线性光学晶体可控析出的研究现状,分析了其在倍频光波导等领域的应用前景。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 张博, 王卓, 孙轲, 邱建荣
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1033-1045. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211018

    近几年迅速发展的光量子技术对全无机透明介质内部先进功能结构的制造提出了更高的要求。利用超快激光与物质相互作用,选择性修饰玻璃网络并快速产生功能各异的微晶结构无疑为制造各种新型光子元件提供了一种重要手段。首先介绍了超快激光选择性晶化的基本原理以及该技术所需要的激光参数和材料特性,比较了该技术与传统晶化方法的优势与局限,重点讨论了在不同类型玻璃材料中诱导功能晶体结构的新现象、新机制、新应用,包括超快激光诱导的非线性晶体、晶体型纳米光栅、量子点等前沿领域的最新成果。最后提出了对超快激光选择性晶化加工的展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 韩建军, 张继承, 刘晗伊, 刘英睿, 张占蒙, 王静, 刘超, 阮健, 李路瑶
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1046-1053. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211047

    由于量子限域效应,量子点掺杂玻璃在宽波长范围内可产生可调谐的吸收和光致发光,其近年来得到了广泛的研究。硫族铅系半导体具有窄带隙和较大的波尔半径,在大尺寸范围内具有强的量子限域效应,因此,由硫铅系化合物制成的量子点在光电子领域具有广泛的技术应用。量子点掺杂玻璃具有良好的化学和热稳定性,为制作全固态小型光电器件提供了可能。为了获得理想的光学性能,各国学者在调控量子点的带隙和提高量子点荧光效率方面做了大量研究。本文综述了玻璃中PbS和PbSe量子点光学性质调谐方法的研究进展,总结了IV-VI量子点掺杂玻璃的应用研究存在的问题和未来的研究方向。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 张东辰, 王苏钰, 苏魏全, 刘永光, 刘子畅, 王子航, 张宁, 罗成西, 杨旅云
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1054-1062. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211002

    多孔玻璃在过去的几十年中被广泛应用于提纯过滤,生物化学和离子选择等领域,是一种多功能微结构材料。多孔玻璃所制备的材料在光学领域也展现出不俗的优势,成为突破多种光学材料应用瓶颈的关键。对多孔玻璃在可见光和近红外波段的研究进行了综述,介绍了各种稀土离子和金属离子在多孔玻璃中的发光特性,展现了多孔玻璃在制备微晶发光玻璃和封装碳点、量子点方面的优势。描述了使用多孔玻璃制备光纤的方法,此种方法有望突破各种有源光纤制备的技术难题。对多孔玻璃未来发展进行了展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 王恩典, 魏子钦, 李勤, 常江
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1063-1073. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211051

    随着生物玻璃在组织修复领域潜力的发掘,生物玻璃的制备方法和成型工艺取得了长足的发展。为了更好地开发能适用于不同临床医学需求的生物玻璃,本文回顾了传统生物玻璃到新型生物玻璃的发展历程,重点介绍了新型生物玻璃及其复合材料的制备,并且探讨了生物玻璃的发展方向。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 丁晶鑫, 王会, 崔旭, 庞力斌, 叶松, 姚爱华, 潘浩波, 王德平
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1074-1084. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20210980

    硼硅酸盐生物活性玻璃因具有降解可控、可原位转化为羟基磷灰石、生物相容性好、与软硬组织键合良好、组织修复能力强等优点,在生物医用领域具有良好的应用前景。本文综述了硼硅酸盐生物活性玻璃及其衍生材料开发应用的历史沿革、研究现状及发展趋势;重点阐述了通过元素掺杂、有机-无机杂化复合、微/纳米结构构建等多功能的改性研究,及其在组织修复、肿瘤治疗、药物递送等领域的最新成果,最后探讨了硼硅酸盐生物活性玻璃的发展前景和面临的挑战。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 刘瑞特, 姜益光, 张龙飞, 周志明, 张龙
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1085-1099. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211022

    中红外2~5 μm波段在气体检测、航天航空、红外对抗、医疗手术等领域具有广泛的应用,由此开展了大量中红外材料的研究。相较于其他中红外材料,柔性可多向传输的氟化物玻璃光纤由于低的声子能量和优异的中红外光谱性能,受到广泛关注。基于此,本文系统介绍了不同氟化物玻璃光纤(如氟锆酸盐玻璃光纤、氟铟酸盐玻璃光纤、氟铝酸盐玻璃光纤等)的研究现状和存在问题,展示了氟化物玻璃光纤中普遍研究的各类组分的结构、物化性能、光谱性能等,重点介绍了激光领域中氟化物玻璃光纤基于不同稀土离子掺杂实现的不同波段的光纤激光器和覆盖不同波长范围的超连续谱光源,并对氟化物玻璃光纤的研究方向和制备工艺探索进行了展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 刘权, 李子坚, 赵旭东, 许银生, 章向华
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1100-1108. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20210995

    中红外光源在国防安全、食品安全、光谱分析等军事或国民经济的重要行业有着重要的应用。近年来,稀土离子掺杂硫系玻璃和光纤的研究主要集中在提高稀土离子溶解度、降低稀土离子局域声子能量和敏化离子共掺等方面。在玻璃和光纤中获得了Dy3+、Pr3+、Dy3+、Tb3+、Sm3+等稀土离子的中红外荧光,这种宽带中红外荧光在传感领域得到了应用,实现了CO2、CH4等气体的传感。本文综合评述了稀土掺杂中红外硫系玻璃和光纤的研究进展,讨论了影响硫系玻璃光纤中红外发光的各种因素,包括稀土离子溶解度、稀土离子周围声子能量、敏化离子间能量传递和杂质损耗等,重点总结了宽带中红外荧光在气体传感领域的研究进展,指出对于稀土离子掺杂硫系光纤气体传感器的研究有5个方面存在不足。如何在稀土掺杂玻璃光纤中获得中红外激光仍是一个急需研究的方向,除了从有源光纤制备(基质选择、稀土离子共掺、局域结构调控、预制棒玻璃提纯等)的角度来寻求解决方案,还需要从光纤光栅刻写技术、泵浦激光器功率和波长调谐方面进行研究。稀土掺杂中红外硫系光纤凭借其小巧、紧凑以及经济性等优点展现出巨大的应用潜力,未来在多个领域的物质检测方面将实现广泛应用,具有巨大的应用前景。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 谭林玲, 叶鑫, 林常规
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1109-1116. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211029

    随着全球信息化和网络化迅猛发展,信息量呈爆炸式增长。激增的信息量急需构筑海量光通信系统,充分利用全波石英光纤低损耗带宽资源。这迫切需要开发新型宽带光放大材料。因此,宽带近红外发光玻璃及光纤近年来一直受到国内外的普遍关注,发展迅猛。本文介绍了宽带近红外发光玻璃及光纤的发展现状,内容包括稀土、过渡金属、主族元素、量子点掺杂玻璃及光纤,分析这些玻璃及光纤材料目前存在的问题,最后对宽带近红外发光玻璃及光纤的发展趋势和应用需求进行了总结和展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 王敏, 戴世勋, 张培晴, 王训四, 康世亮, 刘自军
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1117-1131. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211175

    基于倏逝波原理的光纤传感器因其灵敏度高、响应速度快、成本低等优点,已广泛应用于液体、气体及生物化学传感等诸多领域。与此同时,以碲酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃和卤化物晶体等为基质材料的中红外光纤因其具有较宽的红外透过范围,近年来在中红外波段传感领域得到了广泛关注。本文首先概述了中红外光纤倏逝波传感原理,介绍了各种中红外光纤基质材料的特点、光纤结构及参数特性,详细综述了其在中红外波段气体、液体和生物化学等领域的传感进展,最后对中红外光纤倏逝波传感器的发展趋势进行了展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 曹恩豪, 周大成, 刘营, 杨勇, Babeker Hassan, 王齐, 邱建备
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1132-1142. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211037

    CsPbX3(X=Cl,Br,I)量子点微晶玻璃集CsPbX3量子点出众的光学性能和玻璃良好的物化性能于一体,在光学数据存储、随机激光、X射线成像、照明显示、太阳能电池、光催化等领域有重要应用价值。本文概述了其制备加工以及相对应的性能应用的最新进展,如利用飞秒激光加工在玻璃中指定区域析出CsPbX3用作光学数据存储,以此刻画其组成-结构-性能之间关系与变化规律。不过,其在未来的研究中仍面临诸多挑战,如CsPbX3在玻璃基质中的原位生长机理并不完全清楚,对CsPbX3前驱体在“玻璃微反应器”中的赋存状态、近邻结构和分布形态的研究将有助于进一步认识CsPbX3在玻璃中的形成机理,为获得光学性能更好的CsPbX3量子点微晶玻璃提供理论指导。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 孙博超, 隋泽萱, 王慈, 赵雷, 高志刚, 任晶
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1143-1159. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211116

    闪烁体作为辐射探测应用中的核心材料,在工业无损探伤、医学影像学、高能物理以及安全检查等方面发挥着重要的作用。当前闪烁体研究的机遇与挑战并存,特别是在新冠肺炎疫情进入常态化,开发高性价比的新型闪烁体并对其综合性能进行优化具有重要的现实意义。纳米晶复合玻璃(也称微晶玻璃)闪烁体结合了闪烁晶体发光效率高与闪烁玻璃制备简单和成本低廉的综合优势,成为了一种备受瞩目的明星闪烁体。本文根据发光中心不同,分别介绍以稀土离子和以具有自发光效应的纳米晶作为发光中心的纳米晶复合玻璃闪烁体,重点关注此类材料的制备、纳米晶种类与其发光性能之间的关联、以及材料在高能射线X和伽马光探测领域的潜在应用。最后,对研究中存在的问题进行了探讨并对此类材料未来发展方向做出了展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 范学美, 英伟涛, 贺靖怡, 许世清, 刘世民
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1160-1171. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211035

    温度是贯穿日常生活、工业生产和科研等领域的重要物理参数之一。因此,实现准确可靠的温度测量至关重要。目前,非接触式温度传感测量引起了科研工作者广泛的关注,稀土上转换发光材料的光温传感研究已成为其中的一个热点。本文重点综述了上转换材料的光学测温机理、稀土上转换荧光粉和上转换微晶玻璃在光温传感领域的最新研究进展以及依托于光温传感的其他功能化应用。最后,基于稀土上转换发光材料在光温传感领域的研究成果和尚且存在的问题,对上转换材料在光温传感方向的未来发展趋势进行了详细的展望。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 康世亮, 傅燕青, 林常规, 董国平
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1172-1181. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211034

    光电功能纳米晶复合玻璃光纤在光通信、遥感、生物医学和非线性光学等领域具有广阔的应用前景。本文呈现了一种通用的光纤拉制方法(管内熔融法)来制备纳米晶复合玻璃光纤。在光纤制备过程中,纤芯处于完全熔融状态,而包层恰好处于软化状态。基于此方法,介绍了玻璃纤芯-玻璃包层光纤、晶体纤芯-玻璃包层光纤和半导体纤芯-玻璃包层光纤的最新研究进展。此外,还讨论了纳米晶复合玻璃光纤在光纤激光、光纤传感、频率转换、光电探测和热电转换等领域的广泛应用。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 曹禹, 海韵, 朱宝京, 殷先印, 徐博, 韩滨, 王衍行, 祖成奎
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1182-1192. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20211013

    低温共烧陶瓷(LTCC)的玻璃材料对基板性能有重要影响。本文介绍了LTCC用玻璃材料的体系分类与性能特点,梳理了组分、工艺等对材料性能的影响规律,对现有较成熟体系进行了重点分析。CaO-B2O3-SiO2微晶玻璃体系基板含大量晶相,介电性能优异,但烧结析晶行为敏感,组分和工艺波动对性能影响较大。PbO-B2O3-SiO2玻璃/陶瓷复合体系结构致密,玻璃不易析晶,性能稳定,力学性能优异,但大量含铅玻璃相限制了其在高频领域的应用。La2O3-B2O3玻璃/陶瓷复合体系使用结晶型玻璃与陶瓷填料复合,结合了二者优点,兼顾了性能与稳定。LTCC材料的烧结机理与性能调节规律仍需深入研究,以支撑拓展已有体系,开发新体系。

  • “联合国国际玻璃年”特刊—综合评述
  • 郑金峰, 芦建超, 杨蕊, 师彦春, 郭爱民, 郑秋菊
    硅酸盐学报. 2022, 50(4): 1193-1200. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20210983

    氧化铌以其优异的物理化学性能在玻璃领域的应用越来越广泛。本文总结了氧化铌在玻璃和微晶玻璃中应用的基础研究成果。氧化铌在玻璃中的结构作用较复杂,主要以玻璃网络中间体的形式存在。氧化铌加入不同玻璃体系后会对网络结构有不同程度的影响,从而对玻璃性能产生影响。含铌玻璃和微晶玻璃的性能研究主要集中在光学性能和电学性能。氧化铌可作为无铅玻璃中取代氧化铅的重要氧化物,具有广阔的工业应用前景。针对氧化铌在玻璃行业研究和应用现状,对今后的发展方向进行了展望:在碲铌酸盐玻璃中引入镧系稀土离子,探测做上转换用的更高激发态的荧光,同时开发具有高密度光存储的光信通讯和光学信号放大器;在铌酸盐玻璃陶瓷中添加稀土离子改性,调控陶瓷相的析晶种类,实现对玻璃陶瓷结构和介电性能的改善。