我國(guó)科學(xué)家研發(fā)用于多色光調(diào)控的多級(jí)結(jié)構(gòu)新型玻璃

光的調(diào)控對(duì)于光催化反應(yīng)、光學(xué)感應(yīng)、智能照明等領(lǐng)域的發(fā)展意義重大，近來(lái)也受到很多關(guān)注。普通光學(xué)玻璃由于本身結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的各向同性，被廣泛用于鏡子和透鏡系統(tǒng)。然而，在普通光學(xué)玻璃中加入功能單元對(duì)光進(jìn)行調(diào)控則會(huì)降低玻璃的透明性。因此，如何在材料內(nèi)設(shè)計(jì)并構(gòu)建適當(dāng)功能單元，使得功能單元對(duì)材料本身透光度影響最小，是光可控玻璃發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

 

近日，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周時(shí)鳳教授研究組從植物葉子中的葉綠體結(jié)構(gòu)得到啟發(fā)，制備了一種多級(jí)結(jié)構(gòu)玻璃，這種玻璃能夠?qū)崿F(xiàn)在光照時(shí)進(jìn)行局部相變與松弛，從而達(dá)到光調(diào)控的目的。論文成果以題為"Multiscale structured glass for advanced light management"發(fā)表在SCI收錄期刊Journal of Material Chemistry C上。
 

圖1 植物葉綠體中具有扁平狀的類囊體，用于增加光程與調(diào)控光子轉(zhuǎn)換

 

這種多級(jí)結(jié)構(gòu)的玻璃是氟氧化物混合體系通過(guò)高溫熔融淬火和對(duì)玻璃可控的誘導(dǎo)松弛制成。采用這種體系的原因一方面是螢石(含氟)組分顯示出高的成核速率，從而確保高納米結(jié)構(gòu)域的優(yōu)先沉淀；另一方面，這種體系方便通過(guò)化學(xué)設(shè)計(jì)將過(guò)飽和氧化物相進(jìn)行第二次結(jié)晶，得到多級(jí)結(jié)構(gòu)。
 

圖2 制備出來(lái)的材料具有類葉綠體的結(jié)構(gòu)

圖3 光在玻璃中內(nèi)部散射減弱，透明度保持良好

圖4 在摻雜Eu(銪)誘導(dǎo)發(fā)光之后，多級(jí)結(jié)構(gòu)玻璃可以進(jìn)行可控的多色發(fā)光，包括藍(lán)色，紅色，甚至白色

 

周時(shí)鳳教授研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造的新型多級(jí)結(jié)構(gòu)玻璃，通過(guò)合理控制多組分玻璃的松弛可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)結(jié)構(gòu)的調(diào)控；同時(shí)，通過(guò)摻入摻雜物的化學(xué)價(jià)態(tài)和局部化學(xué)環(huán)境的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)玻璃的多色可控發(fā)光。這一進(jìn)展將為不僅對(duì)諸如無(wú)序光子學(xué)等基本問(wèn)題的研究帶來(lái)啟發(fā)，而且多級(jí)結(jié)構(gòu)玻璃可能在光學(xué)傳感，顯示器 ，光學(xué)放大，甚至激光等領(lǐng)域成為新一代的光學(xué)材料。