本书以作者承担的国家自然科学基金项目、广西自然科学基金项目及作者多年来在发光玻璃与玻璃陶瓷材料研究开发方面取得的科研成果为基础，较系统地总结了国内外在玻璃科学研究方面和光致发光玻璃与纳米透明玻璃陶瓷材料方面的最新成果，具体内容包括：稀土离子的发光及其相互作用，白光LED的发光原理及其实现方式，荧光温度传感的原理及其应用现状，稀土离子的能量转换，稀土掺杂发光玻璃与纳米透明玻璃陶瓷材料的研究现状、应用领域及发展方向。本书可供材料、电子、能源、环境、生物、医学等领域从事科学研究、新材料开发、生产和管理的科技工作者阅读与参考，也可作为材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业、功能材料专业、新能源材料与器件专业的本科生和研究生的教学参考书。

前 言 人们对传统的硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃体系进行了广泛的研究，获得了丰富的玻璃形成和结构及晶化特性等方面的科学理论与知识，并以此为指导，开发了众多实用的玻璃新品种。然而，许多玻璃的组成与传统玻璃相差很大，如磷酸盐玻璃和硼磷酸盐玻璃。相对而言，业界对于硼磷酸盐体系玻璃的研究不太多，尤其是对该类玻璃的结构、晶化特性方面及稀土掺杂硼磷酸盐玻璃和纳米透明玻璃陶瓷材料的研究较少。近年来的研究表明，磷酸盐体系玻璃和纳米透明玻璃陶瓷材料具有熔化温度低、热处理温度低、声子能量较小、掺杂稀土离子浓度高、化学稳定性良好、光色均匀、色纯度高和发光效率高等诸多优点，是理想的白光LED和光纤温度传感器用基质材料。基于稀土掺杂的荧光温度传感器因其具有灵敏度高、响应快、非接触式、耐恶劣环境、耐腐蚀、抗电磁干扰等诸多优点，在高压电力系统、油井、生物医学检测等温度测量特殊领域愈发显示出巨大的市场潜力和应用前景，因此，研究、开发用于白光LED和荧光温度传感器的新型光功能玻璃与纳米透明玻璃陶瓷材料具有十分重要的意义。这些新型光功能材料在照明、显示、生物医学、极端温度测量等领域正发挥日益重要的作用。 本书以作者承担的国家自然科学基金项目、广西自然科学基金项目及作者多年来在发光玻璃与玻璃陶瓷材料研究开发方面取得的科研成果为基础，较系统地总结了国内外在玻璃科学研究方面和光致发光玻璃与纳米透明玻璃陶瓷材料方面的最新成果，介绍光功能玻璃的概念、稀土离子的发光原理、白光LED的发光原理及其实现方式、荧光温度传感的原理及应用现状、各种稀土掺杂发光玻璃和纳米透明玻璃陶瓷材料的研究现状与成果及发展方向。全书共9章，包括绪论、白光LED用ZnO-SrO-P2O5（SZP）体系磷酸盐玻璃结构及其发光性能、白光LED用Tm3+/Dy3+双掺ZnO-SrO-P2O5-TiO2体系磷酸盐玻璃、白光LED用不同离子掺杂Na2O-CaO-P2O5-B2O3-ZrO2体系磷酸盐玻璃、白光LED用稀土共掺Na2O-ZnO-P2O5-B2O3体系磷酸盐玻璃、稀土掺杂磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷的下转换发光和光学测温研究、白光LED用稀土掺杂NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的制备与性能、Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷制备与光学性能研究、稀土掺杂磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷的上转换发光和光学测温性能。 本书由桂林电子科技大学陈国华、桂林理工大学陈勇著，其中，陈国华编写第1、3、4、5、7、8、9章，陈勇编写第2、6章。作者在编写本书的过程中参考了大量文献，受益匪浅，并得到了国家自然科学基金和广西自然科学基金等项目的资助。在此，谨向所有提供帮助的作者和资助单位表示衷心的感谢。同时，也向在本书编写过程中提供大量帮助的研究生们表示谢意，他们是姚乐琪、钟海机、王家鑫、崔三川等。 稀土掺杂光功能玻璃和玻璃陶瓷新材料的发展很快，新体系也有很多，内容丰富，应用领域非常广泛。但由于时间和作者水平有限，书中有不妥之处在所难免，竭诚希望使用本书的老师、研究生、本科生及科技工作者批评指正。 作 者 2019年11月于桂林

目 录 第1章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 稀土离子概述 1 1.2.1 稀土离子简介 1 1.2.2 稀土离子的发光 3 1.2.3 稀土离子间的相互作用 5 1.3 白光LED及其应用 6 1.3.1 白光LED概述 6 1.3.2 白光LED的发光原理 7 1.3.3 白光LED的实现方式 8 1.3.4 白光LED的研究意义 9 1.4 稀土掺杂上转换发光 9 1.4.1 上转换发光材料的研究意义 9 1.4.2 上转换发光过程与发光机制 10 1.4.3 影响上转换发光效率的因素 11 1.5 荧光温度传感 12 1.5.1 荧光温度传感的研究意义 12 1.5.2 荧光温度传感器的分类 13 1.5.3 基于FIR技术的测温现状与存在的问题 14 1.6 发光玻璃与玻璃陶瓷发光材料 15 1.6.1 发光玻璃 15 1.6.2 玻璃陶瓷发光材料 16 1.6.3 发光玻璃与玻璃陶瓷发光材料的制备方法 17 参考文献 18 第2章 白光LED用ZnO-SrO-P2O5（SZP）体系磷酸盐玻璃结构及其发光 性能 25 2.1 引言 25 2.2 玻璃组成对SZP玻璃形成能力的影响 25 2.2.1 K2O对SZP玻璃形成能力的影响 26 2.2.2 B2O3对SZP玻璃形成能力的影响 27 2.2.3 Al2O3对SZP玻璃形成能力的影响 28 2.2.4 Sb2O3对SZP玻璃形成能力的影响 29 2.3 不同P2O5含量磷酸盐玻璃的结构和性能研究 30 2.3.1 不同P2O5含量磷酸盐玻璃的结构研究 30 2.3.2 不同P2O5含量磷酸盐玻璃的热稳定性研究 33 2.3.3 不同P2O5含量磷酸盐玻璃的析晶特性研究 36 2.4 单掺离子SrO-ZnO-P2O5-K2O（SZPK）玻璃的发光性能研究 40 2.4.1 玻璃的制备和组成 40 2.4.2 单掺离子SZPK玻璃的发光性能研究 41 2.5 双掺离子SrO-ZnO-P2O5-K2O（SZPK）玻璃的发光性能研究 47 2.5.1 玻璃的制备和组成 47 2.5.2 双掺离子SZPK玻璃的发光性能研究 48 2.6 Tm3+/Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能与能量传递研究 51 2.6.1 玻璃的组成 51 2.6.2 Tm3+/Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 52 2.6.3 Tm3+/Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的能量传递研究 57 2.7 Tm3+/Tb3+/Mn2+共掺磷酸盐玻璃的发光性能与能量传递研究 60 2.7.1 玻璃的组成 60 2.7.2 Tm3+/Tb3+/Mn2+共掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 61 2.7.3 Tm3+/Tb3+/Mn2+共掺磷酸盐玻璃的能量传递研究 65 参考文献 68 第3章 白光LED用Tm3+/Dy3+双掺ZnO-SrO-P2O5-TiO2体系磷酸盐玻璃 73 3.1 Tm3+/Dy3+双掺磷酸盐玻璃的组成 73 3.2 Tm3+/Dy3+双掺磷酸盐玻璃的发光性能与能量传递研究 73 3.2.1 Tm3+/Dy3+双掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 73 3.2.2 Tm3+/Dy3+双掺磷酸盐玻璃的能量传递研究 78 3.3 Dy3+/Tm3+双掺磷酸盐玻璃的发光性能与能量传递研究 80 3.3.1 Dy3+/Tm3+双掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 80 3.3.2 Dy3+/Tm3+双掺磷酸盐玻璃的能量传递研究 81 参考文献 84 第4章 白光LED用不同离子掺杂Na2O-CaO-P2O5-B2O3-ZrO2体系磷酸盐玻璃 85 4.1 引言 85 4.2 Eu3+离子掺杂磷酸盐玻璃 85 4.2.1 Eu3+离子掺杂磷酸盐玻璃的结构研究 86 4.2.2 Eu3+离子掺杂磷酸盐玻璃的发光性能研究 88 4.3 Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃 92 4.3.1 Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 92 4.3.2 Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的能量传递研究 95 4.3.3 Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的I-H模型分析 97 4.4 Tm3+/Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃 99 4.4.1 Tm3+/Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 100 4.4.2 Tm3+/Tb3+/Sm3+共掺磷酸盐玻璃的能量传递研究 102 4.5 Tm3+/Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃 105 4.5.1 Tm3+/Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的制备 105 4.5.2 Tm3+/Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的结构研究 106 4.5.3 Tm3+/Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的热分析研究 108 4.5.4 Tm3+/Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 111 参考文献 115 第5章 白光LED用稀土共掺Na2O-ZnO-P2O5-B2O3体系磷酸盐玻璃 118 5.1 引言 118 5.2 Tm3+/Dy3+共掺磷酸盐玻璃的组成、结构和性能 118 5.2.1 Tm3+/Dy3+共掺磷酸盐玻璃的制备和组成 118 5.2.2 Tm3+/Dy3+共掺磷酸盐玻璃的结构研究 119 5.2.3 Tm3+/Dy3+共掺磷酸盐玻璃的热分析研究 121 5.2.4 Tm3+/Dy3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能研究 123 5.2.5 Tm3+/Dy3+共掺磷酸盐玻璃的能量传递分析 126 参考文献 130 第6章 稀土掺杂磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷的下转换发光和光学测温研究 132 6.1 Tb3+/Eu3+共掺Na2O-ZnO-P2O5-B2O3体系磷酸盐玻璃 132 6.1.1 Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的制备与组成 132 6.1.2 Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的结构研究 132 6.1.3 Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的发光性能及能量传递研究 134 6.1.4 Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的I-H模型分析 138 6.1.5 Tb3+/Eu3+共掺磷酸盐玻璃的光学测温研究 139 6.2 Tb3+/Eu3+共掺Na2O-CaO-P2O5-B2O3-ZrO2体系磷硼酸盐玻璃 141 6.2.1 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃的制备与组成 141 6.2.2 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃的发光性能研究 141 6.2.3 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃的能量传递研究 144 6.2.4 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃的荧光温敏特性研究 146 6.3 Tb3+/Eu3+共掺Na2O-CaO-P2O5-B2O3-ZrO2体系玻璃陶瓷 147 6.3.1 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷的制备和化学组成 147 6.3.2 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷的微观结构研究 147 6.3.3 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷的发光性能与能量传递研究 149 6.3.4 Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷的荧光温敏特性研究 151 参考文献 153 第7章 白光LED用稀土掺杂NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的制备与性能 155 7.1 引言 155 7.2 稀土三掺NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷 155 7.2.1 稀土三掺NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的组成与制备 155 7.2.2 稀土三掺NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的结构 156 7.2.3 稀土单掺NaZnPO4玻璃和NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的吸收光谱及Judd-Ofelt理论计算分析 158 7.2.4 稀土单掺NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的激发光谱及发射光谱 162 7.2.5 热处理对样品吸收光谱、发射光谱和荧光寿命的影响 163 7.2.6 稀土三掺NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的发射光谱、荧光寿命和能量传递 165 7.2.7 稀土三掺NaZnPO4纳米透明玻璃陶瓷的色度坐标及色温 167 参考文献 168 第8章 Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷制备与光学性能研究 170 8.1 引言 170 8.2 Tm3+/Dy3+双掺Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷 170 8.2.1 Tm3+/Dy3+双掺Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷的制备 170 8.2.2 Tm3+/Dy3+双掺Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷的结构 171 8.2.3 Tm3+/Dy3+双掺Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷的光学特性 173 8.2.4 Tm3+/Dy3+双掺Ca5(PO4)3F纳米透明玻璃陶瓷的能量传递 176 参考文献 180 第9章 稀土掺杂磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷的上转换发光和光学测温性能 182 9.1 Yb3+/Er3+共掺Na-Zn-P-B体系玻璃与玻璃陶瓷 182 9.1.1 Yb3+/Er3+共掺Na-Zn-P-B体系玻璃与玻璃陶瓷的制备 182 9.1.2 Yb3+/Er3+共掺Na-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的结构研究 183 9.1.3 Yb3+/Er3+共掺Na-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的上转换发光 186 9.1.4 Yb3+/Er3+共掺Na-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的光学测温性能 190 9.2 Yb3+/Er3+共掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷 192 9.2.1 Yb3+/Er3+共掺K-Zn-P-B体系玻璃与玻璃陶瓷的制备 192 9.2.2 Yb3+/Er3+共掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的结构研究 193 9.2.3 Yb3+/Er3+共掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的热分析研究 196 9.2.4 Yb3+/Er3+共掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的上转换发光研究 198 9.2.5 Yb3+/Er3+共掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的光学测温性能 202 9.3 Yb3+/Tb3+/Ho3+三掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷 204 9.3.1 Yb3+/Tb3+/Ho3+三掺K-Zn-P-B体系玻璃与玻璃陶瓷的制备 204 9.3.2 Yb3+/Tb3+/Ho3+三掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的结构研究 205 9.3.3 Yb3+/Tb3+/Ho3+三掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的上转换发光 207 9.3.4 Yb3+/Tb3+/Ho3+三掺K-Zn-P-B体系玻璃及玻璃陶瓷的光学测温性能 211 9.4 双掺Yb3+/Er3+的Ca5(PO4)3F玻璃陶瓷 213 9.4.1 双掺Yb3+/Er3+的Ca5(PO4)3F玻璃陶瓷的制备 213 9.4.2 双掺Yb3+/Er3+的Ca5(PO4)3F玻璃陶瓷的上转换发光 213 9.4.3 双掺Yb3+/Er3+的Ca5(PO4)3F玻璃陶瓷的光学测温特性 218 参考文献 219 附录 部分术语中英文对照 222