PDF《掺Yb 硅酸盐玻璃的热漂白性能研究》

2 实验2.1 玻璃样品制备 本实验所使用掺 Yb 硅酸盐玻璃采用传统高 温熔融法制备所得. 玻璃组成为 60SiO2-12Al2O3- 28CaO-1.0 mol%Yb2O3. 所用原料为分析纯级别. ? 中国地质大学 (武汉) 新青年教师科研启动基金 (批准号: 007-G1323511558) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?

2016 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 044208-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

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044208 按配方准确称取所需的各原料 (各组分按摩尔质量 百分比计算)共计30 g, 在石英研钵中研磨均匀, 放 入刚玉坩埚于1550 ? C的退火炉中退火2 h, 然后将 熔融玻璃浇铸在预热过的钢模上, 迅速移入玻璃样 品至温度为

550 ? C 的退火炉中退火

2 h, 随后任其 在退火炉中自然冷却. 将退火后的玻璃样加工成尺 寸为

20 mm *

20 mm *

2 mm的玻璃片, 抛光样品 两大面和其中相对的两个侧面以备实验. 为研究不 同温度下掺 Yb 硅酸盐玻璃的热漂白效应, 将玻璃 样品分成两组, 其中一组

2 片玻璃片经历了总剂量 约为

3 kGy 的60 Co γ 辐射源辐射, 另外一组

1 片玻 璃片用作空白对照. 当辐射结束后迅速进行玻璃样 品的热漂白实验. 2.2 测试方法 玻璃样品的吸收系数通过紫外可见光分度计 Lambda35测量, 该测试在室温下进行, 测量范围为 200―1100 nm. 样品的近红外发光光谱测试使用 Zolix 公司生产的光栅光谱仪 Omni-λ. 测试玻璃样 品在高温下的近红外发光光谱时需要用到高温近 红外发光测试系统, 在下面将会给出实验装置图.

3 实验结果与讨论 3.1 未辐射和3 kGy辐射后掺Yb硅酸盐 玻璃的吸收谱 掺Yb 硅酸盐玻璃在未辐射和以

3 kGy 剂量 辐射后的吸收系数随波长的变化如图

1 所示. 由图1可知, 掺Yb 硅酸盐玻璃经历

3 kGy 辐射后在 300―900 nm 的吸收系数明显增强, 存在多个吸收 峰, 在整个测试波段的吸收系数基本上都是增大 的, 而在Yb3+ 离子的两个本征吸收峰915,

976 nm 处的吸收系数与未辐射时相比有所减小. 结合相 关的研究 [7,14,15] , 经历辐射的掺 Yb 硅酸盐玻璃在 300―900 nm 处吸收增强的主要原因是: 辐射过程 中高能 γ 粒子与掺 Yb 硅酸盐玻璃的相互作用在玻 璃中产生了大量的自由电子和空穴对, 这些自由 电子和空穴对与玻璃固有的缺陷以及辐射产生的 缺陷结合形成了吸收光色心 (主要包括 E'

色心 (吸 收峰为 5.8 eV) [16] 、 氧空位 (ODCs, 吸收峰大约为 3.15 和7.6 eV)、 非桥氧心 (NBOHCs, 吸收峰位于 4.8 eV)、 过氧基 (POR, 吸收峰位于 2.3 eV) [16,17] 、 自陷空穴(self trapped holes, 吸收峰大约为2.16 和2.6 eV) [18?20] )以及一部分的Yb2+ 离子. 这些色心 缺陷的吸收峰 [16,17,19] 都位于紫外至可见光区域, 对应图

1 中300―900 nm 的吸收增强;

另外 Yb3+ 离子的本征吸收减小可能说明辐射过程中有一部 分的 Yb3+ 离子转换为 Yb2+ 离子 [21] (其吸收遍及 可见光至红外光区域);

300 nm 以下主要与硅酸盐 玻璃的本征吸收有关, 辐射后的则与色心也有关. 另外图中附带了未辐射和辐射后玻璃的图片, 辐射 过的玻璃颜色变成了棕黄色. 图1(网刊彩色) 未辐射和

3 kGy 辐射后掺 Yb 硅酸盐玻 璃吸收系数 Fig. 1. (color online) The absorption coe?cient of Yb doped silicate glass (pristine Ybc, irradiated Ybc). 3.2 掺Yb硅酸盐玻璃的近红外发光强度 图2所示为测试玻璃近红外发光的实验装置. 图中矩形方框为高温电阻炉, 炉子上开了如红色区 域所示的