本發明專利技術公開了一種銀離子摻雜高離子導電性透明玻璃的制備。主要可以應用在半導體、能源材料、電子信息材料等領域，如全固體電池和大容量光存儲器件。本發明專利技術以Ge-Ga-S-AgI玻璃為基質，外摻適量的單質Ag。制備方法包括(a)原料的選取，(b)玻璃熔制，(c)樣品的加工等三個步驟。所得到加工后的玻璃做透過光譜測試和阻抗測試。結果表明，該玻璃成玻性能優良，物理化學穩定性好，且具備很高的光學透明性，在室溫下的離子電導率接近～10-4S·cm-1級別。
【技術實現步驟摘要】
—種銀離子摻雜高離子導電性透明玻璃的制備
本次專利技術超高銀離子含量透明導電玻璃可以應用在半導體、能源材料、電子信息材料等領域，如全固體電池和大容量光存儲器件。
技術介紹
本專利技術主要涉及到兩方面的問題，即固體電解質和光存儲器件的制備。目前普遍使用的電解質體系為水溶液體系，但這種體系存在著漏液問題，因而必需使用特殊的封口或制備技術。相比而言，固體電解質將更為穩定，在某 些固體體系中，“擱置壽命”已經被推斷出為十年或者更長的時間，而且固體電解質也不存在漏液問題。固體電解質材料的選擇主要集中在氧化物或者硫化物晶體和玻璃兩大類。相比于晶體材料，玻璃具有制備工藝簡單，易于成型和加工等優點，因而受到更為廣泛的關注。如何提高玻璃中銀離子的含量是本次研究解決的問題之一。另一方面，Ag離子摻雜的玻璃具有特殊的光敏特性，如激光輻照后可以在玻璃表面析出尺寸小于IOOnm的銀納米顆粒，利用這種特性可以制備高容量的光學信號存儲器件。但是銀離子含量較高的玻璃往往容易析晶從而失去光學透明性，如何在玻璃中引入大量的銀離子同時保證其良好的光學透光性也是本次專利技術解決的問題之。我們通常將室溫下離子電導率大于ICT6S · cm-1數量級的離子導電玻璃稱之為“超尚子導電玻璃”(superionic glass)。在已報道的LiI尚子摻雜的玻璃系統室溫下的電導率雖已經達到 10_4S · cnT1級別，但其在與Li金屬接觸時不穩定，并且隨著LiI的加入， 玻璃的物理化學穩定性較差且易析晶。本次專利技術涉及到一種銀離子摻雜透明離子導電玻璃的制備，室溫下的電導率接近 IiT4S MnT1，玻璃的組成可以在很寬的范圍內調整而不會析晶，并且能保證良好的物理化學穩定性。此外玻璃樣品還可以通過一步合成法混料融制成型，制備工藝相對簡單，可以進行批量生產。日本Tatsumisago教授課題組報道了大量銀離子摻雜的氧化物和硫系玻璃，美國 Boolchand教授課題組研究了大量超高離子電導率的硫系玻璃，他們的玻璃完全不透可見光，而且玻璃中含量大量有毒的As元素。美國Martin教授課題組報道了高離子電導率Li 離子參雜的硫系玻璃，其室溫下電導率達到10_4 S · cm-1級別，但是他們所報道的玻璃不能通過一次混料融制成玻璃，因為組成中硫化物蒸汽壓高，在融制的過程中容易發生爆炸，因而需要通過兩步合成法融制成玻璃。Kawaguchi報道了激光輻照析出銀納米顆粒制備光存儲器件，但同樣他們的玻璃也面臨著不透可見光的缺點。最近Royon等人在《advanced material》雜志上報道了激光輻照析出銀納米晶制備超高容量光存儲器件，他們選用的玻璃是硅酸鹽玻璃體系，玻璃融制溫度很高，而且玻璃中銀離子的溶解度很低。本次專利技術的玻璃同時解決了上述幾個問題。
技術實現思路
本次專利技術涉及到一種銀離子摻雜高離子導電性透明玻璃的制備。具體制備過程如下a)原料的選取基質玻璃所使用的原料分別是單質Ge (99. 999 % ), Ga (99. 999 % ), Ag(99. 999% ), S(99. 999% ),化合物 AgI (99. 999% ) 組成的設計主要考慮到以下幾方面首先，含有AgI的玻璃具有特殊的光敏感特性，如光致折射率變化；其次，含有AgI的玻璃具有很高的離子導電性；此外，由于這種玻璃特殊的柔性結構，可以在玻璃中溶解一定量的銀離子。b)玻璃的熔制I)選取直徑為IOmm且一端封口的石英管，將其放入體積濃度為50%的氫氟酸溶液中浸泡lOmin，隨后放入110°C烘箱中烘干待用。2)按照設計的玻璃組成精確稱量經過提純的單質和化合物原料，將稱量好的原料放入預處理過的石英管中，在140°C烘箱中烘l_2h以去除水分。在石英管口塞入一定大小的棉花，隨后進行抽真空至10-3Pa，最后將石英管在高溫煤氧焰中封接。3)將封接好的真空石英管放入特制的搖擺爐中以I 10°C /min的升溫速率升溫至600- 1000°C，并保溫搖擺6 10h。然后搖擺爐以I 10°C /min的速率降溫至600 850°C并保溫搖擺I 2h，從而使玻璃內部更加均勻。之后將石英管從搖擺爐中取出并在空氣中或水中淬冷成型。然后將石英管放入馬弗爐中，在200 400°C下(< Tg)退火2 6h,關掉馬弗爐電源，樣品隨爐冷卻至室溫后取出。c)樣品的加工塊狀玻璃經過切割成為2X Φ IOmm的玻璃片，經過粗磨，細磨和拋光成為透明狀玻璃片以備測試。具體實施方式實施例I配方設計采用Ge，Ga，S，AgI和Ag為主要原料，按摩爾百分比，如表I所示組成稱取配合料IOgo表I實施例I的玻璃摩爾組成(％ )GeS2Ga2S3AgIAg4030309403030配合料選取和配制分別采用純度為99. 999%的單質Ge, Ga，S，Ag和99. 9%的化合物Agl，按照表I 所示的摩爾組成進行配方計算。配合料的熔制將配合料放入玻璃管中，將其放入140°C烘箱中烘2小時，隨后進行抽真空至10_3Pa，最后將石英管在高溫煤氧焰中封接。將封接好的真空石英管放入特制的搖擺爐中以I 10°C /min的升溫速率升溫至800 1000°C，并保溫搖擺10h。然后搖擺爐以I IO0C /min的速率降溫至600 850°C并保溫搖擺lh。之后將石英管從搖擺爐中取出并在水中淬冷成型。然后將石英管放入馬弗爐中，在200 400°C下(<1%退火21!，關掉馬弗爐電源，樣品隨爐冷卻至室溫后取出即得實施例I樣品。實驗結果所得到的玻璃試樣做透過光譜和阻抗光譜測試，結果表明隨著Ag離子含量的增加，玻璃樣品的顏色加深，吸收截止邊紅移,玻璃樣品的離子導電率增大。實施例2配方設計采用Ge，Ga，S，AgI和Ag為主要原料，按摩爾百分比，如表2所示組成稱取配合料 IOg0表2實施例2玻璃摩爾組成(％ )權利要求1.一種銀離子摻雜高離子導電性透明玻璃的制備，由Ag摻雜的Ge-Ga-S-AgI玻璃，其組成為(mol% )(100-2y) GeS2-yGa2S3-yAgI-xAg (y = O 40) (x = I 30)。2.根據權利要求I所述的透明離子導電玻璃，其特征在于，在保證玻璃透明性的前提下，玻璃具備高離子導電性能。3.根據權利要求I和2所述的透明離子導電玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟a)原料的選取基質玻璃所使用的原料分別是單質Ge (99. 999% )，Ga (99. 999 % ), S (99. 999% )， Ag(99. 999% ),化合物 AgI (99. 9% ) b)玻璃的熔制1)選取直徑為IOmm且一端封口的石英管，將其放入體積濃度為50%的氫氟酸溶液中浸泡lOmin，隨后放入110°C烘箱中烘干待用。2)按照設計的玻璃組成精確稱量經過提純的單質和化合物原料，將稱量好的原料放入預處理過的石英管中，在140°C烘箱中烘l_2h以去除水分。在石英管口塞入一定大小的棉花，隨后進行抽真空至10_3Pa，最后將石英管在高溫煤氧焰中封接。3)將封接好的真空石英管放入特制的搖擺爐中以I 10°C/min的升溫速率升溫至 800-1000°C，并保溫搖擺6 IOh。然后搖擺爐以I 10°C /min的速率降溫至60本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種銀離子摻雜高離子導電性透明玻璃的制備，由Ag摻雜的Ge？Ga？S？AgI玻璃，其組成為(mol％)：？(100？2y)GeS2？yGa2S3？yAgI？xAg(y＝0～40)(x＝1～30)。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：任晶，嚴祁祺，張然，陳國榮，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：
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