紫外脉冲激光辐照辅助纳米掺杂玻璃的制作方法

摘要

一种紫外脉冲激光辐照辅助制作贵重金属纳米粒子掺杂玻璃的方法，是采用紫外脉冲激光对掺杂贵重金属的玻璃进行辐照，然后进行适当的退火处理，从而在玻璃内部沉积金属纳米颗粒。紫外激光辐照可以减小退火温度和纳米颗粒的尺度，并且易于控制纳米颗粒的尺寸和在玻璃内部的分布。采用紫外激光辐照之后，玻璃的颜色在辐照局部发生了变化。采用此方法可以应用于透明材料内的彩色图案制作、光学存储以及集成光开关等。

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外脉冲激光辐照辅助贵金属纳米掺杂玻璃的制作方法。

背景技术：

常规采用高温退火来获得玻璃中的贵金属纳米颗粒沉淀，需要更高的退火温度，并且不容易获得很好的空间分布。而采用X射线的方法虽然可以降低退火温度，但是比较复杂，也不易控制纳米颗粒的分布和尺寸。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述技术的不足。提供一种紫外脉冲激光辐照辅助制作贵重金属纳米粒子掺杂玻璃的方法，以降低成本并获得在玻璃中形成可控制纳米颗粒大小和分布。

本发明的技术解决方案：

一种紫外脉冲激光辐照辅助制作贵重金属纳米粒子掺杂玻璃的方法，其特征在于该方法的实质是采用紫外脉冲激光对掺杂贵重金属的玻璃进行辐照，并进行退火处理，在玻璃内部可控地沉积金属纳米颗粒。

该方法包括下列具体步骤：

1)制备掺入所需要的贵重金属的氧化物的玻璃，并切割抛光成3mm厚的平板玻璃样品；

2)在紫外脉冲激光器的输出光路的光轴上，依次设置衰减器、蝇眼光束均匀器、汇聚透镜和玻璃样品；

3)调整上述各元部件，使该紫外脉冲激光器发出的激光，经衰减器、蝇眼光束均匀器输出能量为50-100mJ的均匀光斑，玻璃样品置于汇聚透镜的焦面上，此焦面是激光束的均匀面；

4)启动紫外脉冲激光器，该激光器发出的激光，经衰减器、蝇眼光束均匀器输出均匀光斑，再经汇聚透镜聚焦对玻璃样品辐照1-10分钟；

5)紫外脉冲激光辐照的玻璃样品经530°高温退火，即在玻璃样品内部沉积出金属纳米颗粒。

由于紫外激光的光子能量比较大，可在硅玻璃(较小的能带隙，5.8eV)中发生双光子吸收，较高的激光脉冲功率保证了多光子过程的发生。金属离子捕获上述过程中产生的自由电子，并在随后的退火过程中形成金属原子的纳米颗粒。采用紫外脉冲激光辐照可以减小退火温度和纳米颗粒的尺度，易于控制纳米颗粒的尺寸和在玻璃内部的分布。而且，相对其他辐照方法成本较低。采用此方法可以应用于透明材料内的彩色图案制作、光学存储以及集成光开关等。

通过改变激光脉冲的波长、脉冲宽度和辐照时间可以控制纳米颗粒的尺寸和在玻璃内部的分布。玻璃掺杂贵重金属元素主要是金、银等元素，经辐照后的颜色会不同。

附图说明：

图1为实施本发明方法的激光辐照装置的示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为实施本发明方法的激光辐照装置的示意图。本实施例采用的紫外激光是308nm的准分子激光1，脉宽25ns，经衰减器2以及均匀器3和焦距为10cm的会聚透镜4后的脉冲能量为80mJ，5是掺有0.005mol％Au₂O的硅玻璃样品。以10Hz的工作频率辐照4分钟以后，经530℃的高温退火。由于色心的形成，无色透明的玻璃经过激光辐照以后辐照局部变成暗红色，并在高温退火后变为紫红色。吸收光谱说明了纳米粒子的形成，而进一步的透射显微镜以及能量色散光谱仪的测量则确认了纳米粒子为金属元素金(Au)。获得类似效果，用0.15418nm的X射线辐照需要4个小时的时间。