唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：溶胶凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2玻璃的研究系 别： 环境与化学工程系 班 级：09无机非金属材料工程（1）班姓 名： 指 导 教 师： 曹玉霞 2013年6月13日溶胶凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2玻璃的研究摘 要长余辉发光玻璃由于其独有的光学特性，使得他在军事、生活、建筑等方面具有广泛的应用，吸引着人们纷纷对其进行研究。本研究选取作为基质材料的ZnO-B2O3-SiO2玻璃为研究对象，经过查阅资料，研究对比决定采用的配方60ZnO-20B2O3-20SiO2进行研究。实验应用溶胶-凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2玻璃，综合考察了合成工艺条件对凝胶形成的影响，得出结论如下：随着加水量的增加，凝胶时间逐渐增加。pH对凝胶形成的影响较为复杂，当pH值上升到2时，凝胶时间会随着增加；当pH值继续升高，凝胶时间则会逐渐减少。水浴温度的升高会使凝胶时间逐渐降低。研究最终确定加水量为32ml，反应温度为80，pH=1时，可形成均质、透明、稳定的凝胶，所制得的凝胶可以满足实验的需求。将制得的湿凝胶在100下干燥后进行烧制，对制得的玻璃样品研究得出当烧成温度为1000，保温时间为1h时，所制得的ZnO-B2O3-SiO2玻璃样品的真密度为2.5968，损失量为1.9356，结果较佳。关键词： 长余辉 溶胶-凝胶法 ZnO-B2O3-SiO2玻璃 真密度 损失量Research of ZnO-B2O3-SiO2 Glass Prepared by Sol-gel AbstractLong afterglow luminescence glass due to its unique optical properties, makes his living in the military, has wide application, construction and other aspect, to attract people to study.This study selected as the matrix material of ZnO-B2O3-SiO2 glass as the research object, through access to information, comparison study to determine if the formula of 60ZnO-20B2O3-20SiO2 were studied. Experimental application of sol-gel method ZnO B2O3-SiO2 glass, comprehensive study the influence of synthetic technological conditions of gel formation, the conclusion is as follows: with the increase of water added, gel time increase gradually. PHs influence on the gel formation is relatively complex, when pH up to 2, the gel will increase as time goes by, When pH values continue to rise, gel time will gradually reduce. Water bath temperature rise will make gel time is reduced. Study eventually determine water content is 32ml, the reaction temperature is 80, the pH=1, can form uniform, transparent and the stability of the gel, the gel was prepared by the can satisfy the demand of experiment. Of wet gel is fired after drying under 100, study of of glass samples when the sintering temperature is 1000, holding time of 1h, the ZnO-B2O3-SiO2 was prepared by glass samples of true density is 2.5968, loss of 1.9356, the result is better.Key words: long afterglow ;sol-gel ;ZnO-B2O3-SiO2 glass; density ;loss目 录1 引言12 文献综述32.1长余辉发光玻璃32.1.1长余辉发光玻璃的历史32.1.2长余辉发光玻璃的机理42.1.3长余辉发光玻璃的制备方法72.1.4我国长余辉发光玻璃的研究现状82.1.5长余辉发光玻璃的问题与展望92.2溶胶-凝胶法92.2.1溶胶-凝胶法的工艺过程102.2.2溶胶-凝胶法的优缺点112.2.3溶胶-凝胶法的应用122.2.4溶胶凝胶法的展望122.3课题的提出133 试验143.1实验所用药品143.2实验所用仪器143.3实验方案143.3.1研究的技术路线153.3.2玻璃烧成制度的确定153.3.3 ZnO-B2O3-SiO2玻璃配方的确定163.3.4 ZnO-B2O3-SiO2玻璃性能检测163.3.5实验方法与步骤164 分析与讨论214.1加水量对凝胶形成的影响214.2 pH对凝胶形成的影响224.3水浴温度对凝胶形成的影响244.4 差热分析274.5烧成制度对玻璃性能的影响275 结论29谢辞30参考文献31唐 山 学 院 毕 业 设 计1 引言长余辉发光材料是指能够吸收和储存外界光辅照能量，然后在室温下可缓慢的以可见光的形式释放这些能量的材料。长余辉发光材料作为研究和应用最早的发光材料，其应用非常广泛。近几十年来，随着高级科学技术和信息技术的不断发展提高，长余辉发光材料的应用领域被进一步拓宽，如：航空仪表和汽车仪表的字盘显示、夜光漆、夜光搪瓷、发光水泥和工艺美术以及军事领域等1。长余辉（夜光）现象早已为人们所熟知。但对长余辉发光玻璃材料的研究却是近几年刚兴起的一个热门的方向。为了增强长余辉现象，人们通常是采用将稀土离子加入到玻璃宿主基质中，以此来增强玻璃材料的长余辉现象。有专家研究了许多稀土离子掺杂方法，如：离子注入法、化学气相沉积法、电化学镀膜法和分子束外延法等。这些方法虽然可以制出一般的发光材料，但其发光强度和发光效率却不能满足实用化。主要原因在于所选用的宿主玻璃对稀土离子的固溶度很小，从而导致长余辉效应变短，不能满足实际需求。对于现在长余辉发光玻璃的研究按其性能与用途主要可以分为以下几类：微晶发光玻璃、低熔点发光玻璃、高温合成发光玻璃和热熔发光玻璃。其中微晶发光玻璃是指掺加有稀土离子的特定组成的玻璃配合料，经过高温熔制、澄清、均化、缓冷而制备成的透明玻璃。然后再将这种透明玻璃经过热处理使其微晶化，从而得到大量的微小晶体。因为这些晶体是具有能级缺陷的晶体结构，从而获得微晶发光玻璃。由于微晶发光玻璃的这种特殊性能，使得它受到人们很大的青睐，使其应用领域十分宽阔。对于低熔点发光玻璃，主要是指将玻璃粉和长余辉发光材料进行混合，并在较低的温度下进行熔融，使发光材料的细小微粒能够在基质玻璃中均匀分布，待退火成型后即可得到具有发光效果的成品玻璃。目前，这种玻璃的应用也较为广泛，且其应用的主要对象还处于陶瓷领域。对于热熔发光玻璃的制备与低熔点发光玻璃的制备方法比相近，且这种玻璃比较适合对已有的玻璃工艺品或平板玻璃进行后处理加工。作为一种传统的制备玻璃的方法，高温合成法仍然是现代制备玻璃的主要方法，主要是指将掺杂有稀土离子的原料在较高的温度下，进行熔融，以此来制备出发光玻璃。由于长余辉发光玻璃制备方法的不断更新，使得长余辉发光玻璃的应用领域不断拓宽，从最基本的生活需要，演变到如今高科技领域的大量需求。现在的长余辉发光玻璃在军事、电子通讯、电子信号、储能等高科技领域都具有广泛的应用。虽然长余辉发光玻璃的制备方法得到了不断更新，但由于现在技术所制备的长余辉发光玻璃的余辉发光性能还不能完全满足这些领域对它的要求，因此，长余辉发光玻璃的应用仍然受到一定的限制。正如上面内容所说，科学家对这种材料的研究还都比较侧重于稀土离子的选择与外在照射条件的要求，而对于长余辉发光玻璃的基质玻璃的研究相对而言还比较欠缺。 因此，本研究决定以稀土离子的宿主玻璃为研究对象，来进行研究。鉴于，如今比较受到关注的ZnO-B2O3-SiO2基质玻璃具有较为广泛的应用，因而，本研究决定来对其进行研究。本研究主要采用溶胶-凝胶发来制备该基质玻璃。对于高温熔融法制备玻璃，人们已经取得了相当程度的进展，而对于溶胶-凝胶法来制备玻璃却是近几年刚刚开始广泛应用的。故本研究决定采用溶胶-凝胶法来制备稀土离子的宿主玻璃，并重点研究溶胶-凝胶法制备ZnO-B2O3-SiO2宿主玻璃的工艺流程。研究凝胶形成过程中的影响因素和玻璃烧成时的工艺制度，从而确定出最佳的合成条件和烧成制度，以便满足生产要求，填补稀土离子宿主玻璃制备的空缺。2 文献综述2.1长余辉发光玻璃长余辉发光材料是指受到光的辐照，并能储存能量，且当辐照停止后，又能将储存的能量以可见光的形式缓慢释放出来的物质。它的发展经历了一个从多晶块状形态（或粉末）到单晶体、薄膜、陶瓷、玻璃等形态的过程。在此发展过程的初期，晶体由于本身的特性，很难以单晶的形式制成足够大的平板，故在初期长余辉发光材料通常是以多晶块状或粉末状的形式存在，但颗粒的形状和大小不均匀，使其应用受到了限制2。经过研究，人们发现，由于玻璃具有均匀、透明，并且易于加工成各种形状的优点，如，可以加工为纤维和大尺寸平板。而且在玻璃中还可以掺杂较高浓度的稀土离子，故玻璃被选为一种较为理想的基质材料，来作为稀土离子的载体，生产长余辉发光玻璃。现在，长余辉发光玻璃的应用十分广泛，在高科技以及其他重要领域都有相当大的应用。目前，长余辉发光玻璃可以被应用于军事、光通讯、光学、储能和显示等诸多领域，且受到相当的重视3。2.1.1长余辉发光玻璃的历史长余辉现象是由Palilla4和Abbruscato5等首次观察到的，这种材料在近年来发展十分迅速，并且引起了人们相当的重视。早在1962年，科恩(Coben)和史密斯(Smith)在研究中发现Eu2+掺杂的硅酸钠玻璃有对光反应变色的现象。这种硅酸钠玻璃吸收能量，如受到阳光照射后，迅速在玻璃中产生可见色心，而当移去光源后，可见色心又会迅速衰减，在短短几秒的时间内几乎会完全消失。当时他们建议，这种玻璃可以被用作玻璃窗帘材料、挡风板材料、眼镜材料以及空间设备材料，这就是最早的长余辉发光玻璃。此后很长的一段时间内对于长余辉发光玻璃的研究进展十分缓慢，甚至