南京邮电大学 电子与光学工程学院，柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
荧光玻璃陶瓷结合了荧光粉优异的发光性能和玻璃基质良好的热导率及热稳定性的特点，已在高功率白光LED乃至激光照明领域引起了广泛的关注。本文采用一种选择性激光（CO2激光器）烧结技术，制备了YAG∶Ce荧光玻璃陶瓷，并研究了其荧光发光性能以及构筑的白光LED的器件性能。与传统的重熔融或固相烧结方法不同，选择性激光烧结技术仅对局部加热且升/降温速率大，因此该方法具有节能和快速的特点。研究表明，选用适当的激光功率（24 W）、扫描速度（135 mm/s）和扫描间隔（9 μm）等参数，可制备出形貌较好的YAG∶Ce荧光玻璃陶瓷；经过630 ℃热处理1 h消除应力后，其呈现出Ce3+离子典型的4f→5d能级跃迁对应的宽带激发光谱（峰值为340 nm和455 nm）以及5d→4f能级跃迁对应的宽带发射光谱（峰值为570 nm），量子效率达82%；与450 nm蓝光LED芯片（3.11 V，0.30 A）组合后，可实现92 lm的白光输出，流明效率为98 lm/W，显色指数为69，色温为5 001 K，色坐标为（0.34，0.35）。以上结果表明，该方法在制备荧光玻璃陶瓷中具有重要的应用潜力。
荧光玻璃陶瓷 Ce3+掺杂 选择性激光烧结 白光发光二极管 glass ceramic phosphor Ce3+ doped selective laser sintering white light-emitting diodes
1 江西理工大学材料冶金化学学部材料科学与工程学院，江西 赣州 341000
2 江西理工大学能源与机械工程学院，江西 南昌 330001
3 江西省稀土荧光材料及器件重点实验室，江西 赣州 341000
荧光玻璃陶瓷是高功率白光照明器件的重要材料之一，然而，红色荧光粉易与玻璃粉在共烧结时发生反应，制约了荧光玻璃陶瓷的发展。本课题组将（Ca，Sr）AlSiN3∶Eu2+红色荧光粉与Y3Al5O12∶Ce3+黄色荧光粉复合，在高热导率的蓝宝石基质上以硼硅酸玻璃粉为黏结剂，采用丝网印刷技术制备了荧光玻璃陶瓷，研究了样品共烧结过程中材料结构、形貌、元素比等的变化，模拟了实验过程，分析了发光性能。结果表明：在制备玻璃陶瓷的共烧结过程中，两种荧光粉均未与粘结玻璃发生明显的反应；随着红粉掺杂量增加，玻璃陶瓷的发射光谱红移且强度逐渐降低，量子效率呈现下降趋势；玻璃陶瓷具有优异的热稳定性，150 ℃下的发光强度为室温下的89%；随着红粉掺杂量增加，样品表现为由冷白光向暖白光转变的光色可调性，最佳光电参数为流明效率147.70 lm/W、色温4915 K、显色指数73.3。
材料 发光材料 玻璃陶瓷 红色荧光粉 蓝宝石 光色可调性 中国激光
2023, 50(10): 1003001
1 华中科技大学, 电子信息功能材料教育部重点实验室(B类), 武汉 430074
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
3 华中科技大学温州先进制造技术研究院, 浙江 温州 325035
为获得低介电损耗、高耐压强度的Al2O3基低温共烧陶瓷(LTCC)材料, 采用固相法制备了x(6La2O3·24CaO·50B2O3·20SiO2)(LCBS)+(1-x)Al2O3玻璃/陶瓷。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、矢量网络分析仪、高压击穿试验仪、高温介电温谱仪对烧结样品的结构和性能进行了表征。结果表明: 添加适量的LCBS玻璃粉有助于提升材料的致密性、降低介电损耗、提高击穿场强。同时, 复阻抗谱分析表明, LCBS玻璃的加入可以显著提高玻璃/陶瓷的电阻率和活化能。当玻璃含量(摩尔分数)为44%时, 850 ℃烧结0.5 h, 可获得性能优异的LTCC陶瓷材料G44: εr=7.14, Q×f =5 769 GHz (f =13 GHz), Eb=57.44 kV/mm。
玻璃/陶瓷 低温烧结 介电性能 击穿场强 glass/ceramics low-temperature sintering microwave dielectric properties breakdown strength
1 季华实验室, 佛山 528200
2 新疆大学机械工程学院, 乌鲁木齐 830017
3 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院, 佛山 528000
4 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 西安 710049
利用光固化技术制备的生物玻璃陶瓷骨植入物在骨修复领域具有许多优势, 然而生物玻璃陶瓷受粉体粒度的影响, 在光固化打印工艺、结构、力学性能和生物性能等方面存在较大的差异。本文以光固化3D打印过程中粒度的变化为切入点, 制备了两种不同粒度粉体的生物玻璃陶瓷浆料, 分别对生物玻璃陶瓷浆料的稳定性、流变特性和固化特性进行了表征, 根据TG-DSC曲线绘制了脱脂烧结曲线并对骨支架的表面质量、结构和力学性能进行了评价, 最后通过颅骨修复试验对降解性能进行了分析。结果表明: 小粒度粉体的浆料稳定性较好, 黏度较高, 对应的固化厚度和过固化宽度也较小; 小粒度粉体制备的骨支架表面质量、结构致密化程度和弯曲强度均优于大粒度粉体制备的骨支架, 但降解速率较低, 植入体内2个月后有新骨长入骨支架孔隙。本研究对不同粒度粉体的生物玻璃陶瓷骨支架制备具有指导意义, 有助于推动基于粒度分布的梯度可控降解骨支架的开发和应用。
生物玻璃陶瓷 骨支架 光固化技术 3D打印 粒度 降解性能 bioglass ceramics bone scaffold photocuring technology 3D printing particle size degradation performance
1 1.同济大学 材料科学与工程学院, 上海 201804
2 2.上海中医药大学 康复科学学院, 康复医学研究所, 中医药智能康复教育部工程研究中心, 上海 201203
骨肉瘤是一种常见的恶性骨肿瘤, 常通过手术切除进行治疗。但术后造成的骨缺损难以自愈, 残余肿瘤细胞还会增加复发可能性。本研究开发了一种用于修复骨缺损和协同治疗骨肉瘤的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷骨水泥。首先通过溶胶-凝胶法结合固态反应制备了可作为光热剂和药物载体的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷微球(MBGC-xNd), 然后将微球与海藻酸钠(SA)溶液混合制备了可同时进行光热治疗和化学治疗的可注射骨水泥(MBGC-xNd/SA)。结果表明掺Nd3+赋予微球可控的光热性能, 负载阿霉素(DOX)的微球显示出持续的药物释放行为。此外, 载药骨水泥的药物释放量随着温度的升高而显著增加, 说明光热疗法产生的热量可促进DOX释放。体外细胞实验结果表明, MBGC-xNd/SA具有良好的促成骨活性, 并且光热-化学联合疗法对MG-63骨肉瘤细胞起到了更显著的杀伤作用, 表现出协同效应。因此，MBGC-xNd/SA作为一种新颖的多功能骨修复材料, 在骨肉瘤的术后治疗方面具有良好的应用前景。
掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷 骨水泥 骨缺损修复 光热-化学联合疗法 Nd-doped mesoporous borsilicate bioactive glass-ceramic bone cement bone defect repair photo-thermal-chemical combination therapy
采用熔融冷却法制备了Na2OCaOLa2O3B2O3SiO2玻璃，经热处理获得了硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷，并采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差示扫描量热法（DSC）、产品一致性试验(PCT)法等方法探究了CaO取代SiO2对该硼硅酸盐玻璃陶瓷物相、微观结构和化学稳定性的影响规律。结果显示：随着CaO含量增加，硅酸盐氧基磷灰石晶相衍射峰增强，其他晶相的衍射峰减弱直至消失，当CaO摩尔分数为15%时获得只含CaLa4(SiO4)3O晶相的玻璃陶瓷样品；CaO含量会对玻璃陶瓷的晶相种类和晶体形状、大小、分布产生影响，CaO含量变化会造成陶瓷相晶体发生团簇和长大；采用PCT法浸泡28 d后，所有样品关于Si、Ca、La三种元素的归一化浸出率（g·m-2·d-1）均保持在10-3数量级以下，表明其具有优异的化学稳定性，且CaO摩尔分数为15%的玻璃陶瓷样品化学稳定性最优异。研究结果表明，硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷是固化富La和某些锕系元素高放废物的潜在基材。
硼硅酸盐玻璃陶瓷 硅酸盐氧基磷灰石 晶相 浸出率 化学稳定性 CaO CaO borosilicate glassceramics silicate oxyapatite crystalline phase leaching rate chemistry stability
1 杭州电子科技大学材料与环境工程学院, 杭州 310018
2 福建师范大学物理与能源学院, 福州 350117
3 中南大学材料科学与工程学院, 长沙 410083
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。
双晶相玻璃陶瓷 荧光强度比 光学温度传感 纳米晶 dual-phases glass ceramics fluorescence intensity ratio optical thermometry nanocrystal
1 内蒙古科技大学理学院, 包头 014010
2 包头职业技术学院电气工程系, 包头 014035
透明玻璃陶瓷具有热膨胀系数可调、强度高、化学稳定性好的优点, 且兼具透光/发光的特性, 是一种在光学信息、生物技术、激光技术、红外遥感及民用照明等领域有着广泛的应用前景的新型功能材料。本文简述了玻璃陶瓷的透光机制, 对形核剂、过渡金属离子及稀土离子掺杂MgO-Al2O3-SiO2(MAS)系透明玻璃陶的析晶及透光/发光性能方面的研究进展进行了介绍, 并简要分析了开发具备透光/发光性质的高结晶度MAS透明玻璃陶瓷材料存在的问题, 最后展望了透明玻璃陶瓷的发展趋势与前景。
透明玻璃陶瓷 新型功能材料 透光原理 透光/发光性能 离子掺杂 transparent glass ceramics MgO-Al2O3-SiO2 MgO-Al2O3-SiO2 new functional material light transmission principle transparent/luminous property ion doping
1 宁波大学高等技术研究院浙江省光电探测材料及器件重点实验室，浙江 宁波 315211
2 宁波大学先进红外材料及器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
3 宁波海洋研究院，浙江 宁波 315832
采用熔融淬火法制备了KLu2F7：Er3+/Yb3+纳米晶复合玻璃陶瓷样品，利用X射线衍射仪表征了玻璃中析出的纳米晶种类，晶体结晶度可达28%。分光光度计测试验证了所制备的玻璃陶瓷具有较高的光学透过率（可保持89%左右的透过率）。在980 nm激光泵浦下，玻璃陶瓷样品的上转换发光增强了约847倍，并且发现上转换绿光和红光均属双光子过程。基于荧光强度比技术，在温度313~553 K范围内研究了Er3+一对热耦合能级2H11/2 和 4S3/2的荧光测温性能，对应的绝对测温灵敏度和相对测温灵敏度分别达到了11.03×10-4 K-1和738.45 T-2·K-1。该研究结果为氟化物基玻璃陶瓷在高温传感领域性能探索提供了数据参考。
发光材料 玻璃陶瓷 氟化物纳米晶 上转换发光 荧光强度比测温 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516022
1 中国计量大学光电材料与器件研究院，浙江 杭州 310018
2 浙江省稀土光电材料与器件重点实验室，浙江 杭州 310018
本文综述了聚焦放电等离子烧结技术制备光功能玻璃及玻璃陶瓷的研究进展。放电等离子烧结是实现粉体材料快速致密化的一种重要技术，将其用于制备光功能玻璃及玻璃陶瓷材料不仅可以简化制备工艺，缩短制备时间，还有望拓宽光学玻璃陶瓷的研究领域。然后，概述了放电等离子烧结技术制备光功能玻璃及玻璃陶瓷的材料体系。并基于最新的研究进展，重点介绍了温度、压力、烧结保温时间等不同工艺参数对玻璃收缩率、最终致密化和透明度的影响，以及这些参数对玻璃材料其他性能的影响。最后，探讨了未来可能的发展方向，包括深挖烧结机理、减轻甚至避免碳污染、优化制备工艺、发展新型光功能复合玻璃、新应用探索等。
材料 放电等离子烧结 玻璃陶瓷 荧光玻璃 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516014
