稀土掺杂对ZnO-B2O3-SiO2玻璃化学稳定性及抗风化性能的影响

摘要

近年来硼硅酸盐玻璃发展迅速,作为新兴的玻璃材料,硼硅酸盐玻璃具有高折射、低色散、良好的化学稳定性和抗风化性能、优良的光学特性,具有广泛的应用。但在使用过程中容易受到外界条件的侵蚀,表面逐渐变暗,影响其使用寿命,因此提高玻璃化学稳定性和抗风化性能是实际应用中很重要的问题。
　　针对上述问题,本实验以锌硼硅玻璃为研究对象,制备掺杂氧化钕、氧化钆、氧化钇的锌硼硅玻璃,分别在去离子水、酸、碱和大气中腐蚀玻璃。利用扫描电镜观察腐蚀后玻璃表面形貌,能谱仪分析表面元素,电感耦合等离子发射光谱仪测试水溶液浸出的离子,XRD分析酸中胶状物质的成分;通过傅立叶红外光谱仪分析玻璃的结构。经过系统性的研究稀土掺杂对锌硼硅玻璃抗风化性能、化学稳定性和结构的影响,研究结果表明:
　　湿度是锌硼硅玻璃风化过程中最主要的环境因素;稀土掺杂能提高锌硼硅玻璃的抗风化性能,Y2O3效果最明显,Gd2O3次之,Nd2O3仅有轻微效果,Y2O3和 Gd2O3的含量分别为1mol％、0.75mol％时玻璃抗风化性能最好;锌硼硅玻璃中混合掺杂Y2O3和Gd2O3比单掺杂稀土氧化物的抗风化性能优良,玻璃中混合掺杂0.5mol％Y2O3和0.5mol％Gd2O3抗风化性能最好。
　　锌硼硅玻璃的耐酸性最弱,耐水性最强,耐碱性介于中间;稀土氧化物掺杂能够提高玻璃的化学稳定性,由强到弱顺序为:Y2O3>Gd2O3>Nd2O3,其最优掺杂量分别为0.75mol％Gd2O3、1mol％Y2O3;混合掺杂能够提高玻璃的化学稳定性,0.5mol％Y2O3和0.5mol％Gd2O3混合掺杂时,玻璃化学稳定性最好。
　　发现锌硼硅玻璃中掺杂稀土氧化物后,其红外吸收光谱部分波数向低波数偏移,波峰变宽,这主要是因为B2O3在玻璃中的结构发生变化,部分[BO3]结构单元向[BO4]结构单元转变,玻璃的空间结构变的致密,玻璃的化学稳定性增强。

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1文献综述

1.1 锌硼硅玻璃的概述

1.2 玻璃的化学稳定性和抗风化性能

1.3 国内外研究现状

1.4 研究目的和意义

1.5 研究内容

2 实验与测试

2.1 实验思路

2.2 实验原料

2.3 实验设备与仪器

2.4 玻璃样品的制备

2.5 玻璃的测试

3 锌硼硅玻璃抗风化性能的研究

3.1 风化条件对玻璃风化性能的影响

3.2 单稀土掺杂对玻璃抗风化性能的影响

3.3 稀土混合掺杂对玻璃抗风化性能的研究

3.4 本章小结

4 锌硼硅玻璃化学稳定性

4.1 侵蚀介质对玻璃化学稳定性的影响

4.2 耐水性的研究

4.3 耐酸性的研究

4.4 耐碱性的研究

4.5 本章小结

5 锌硼硅玻璃结构的研究

5.1 锌硼硅玻璃中常见官能团

5.2 稀土氧化物单掺杂对锌硼硅玻璃结构的影响

5.3 稀土氧化物混合掺杂对锌硼硅玻璃结构的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢