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稀土百科 | ​稀土在光学玻璃中的作用 中国稀金谷大数据
2022-04-28
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稀土着色离子中，除了Ce3＋在310nm附近的强烈吸收峰属于4f-5d跃迁外，其余离子在可见区到近红外区的锐而弱的吸收峰是4f内层禁戒跃迁引起的，故在晶体、溶液和玻璃中，稀土离子的光谱极其相似。稀土氧化物的纯度是影响稀土光学玻璃光吸收的主要因素，其次是过渡金属离子（3d轨道）的影响。基质玻璃成分对稀土玻璃中稀土离子着色的影响不大。

稀土元素4f轨道未满，并受到5s2、5p6轨道的屏蔽作用而与原子核结合得较好。在f-f激发时受到外场的影响较小，使稀土对可见光的吸收峰尖锐，且几乎不受外界的作用。除La、Y、Lu的稀土化合物在紫外光、可见光及红外光（380～780nm）的光谱区内有明显吸收带。RE3＋具有复杂的吸收光谱，使其颜色在不同的光线下具有多种变化。稀土加入到玻璃中，是作为着色剂改变透光率或调整折射率和色散指标。稀土离子着色的玻璃重现性好，不随熔炼气氛的变化而受影响。稀土制得的有色玻璃色调纯正、透光性好、光泽强。


La2O3在玻璃中特别是硼酸盐中的溶解度有时可达到60％以上。镧可提高玻璃的折射率，降低色散，即不同波长的光引起的折射率变化。这是由于镧离子化学结合（单键）的周围氧原子数增加，离子填充度提高，从而增大了玻璃的折射率。同时，镧离子属于惰性气体型大离子，镧玻璃的紫外吸收偏于波长短的一侧，难以色散光，故可制成低色散的玻璃，因此镧称为光学玻璃中不可缺少的重要成分之一。

另一方面，镧还可以提高玻璃的化学稳定性，防止玻璃表面因水和酸而引起表面变质，增加化学活性弱的硼酸盐玻璃的寿命，增大玻璃硬度，提高软化温度等。为降低含La2O3的玻璃析晶度，可以采用一定量其他稀土元素代替，如可采用与La2O3有相似作用的Y2O3和Gd2O3，从而使组成复杂化，提高玻璃的高温黏度。Y2O3的含量通常为5％～15％，Gd2O3通常为15％～25％。


CeO2具有强烈的脱氧能力，是一种很好的玻璃脱色剂。铁在玻璃中的着色效应在技术上有很重要的意义，因为玻璃在熔炼时所用的工具中含有许多铁，而CeO2对铁有很强的氧化作用，可促使玻璃内所含有的大部分铁氧化为无色的Fe3＋，还可产生一种附加色，将铁的颜色去掉。CeO2也是稀土抛光材料的重要组成部分，用稀土抛光剂抛光后的玻璃具有良好的光泽，工业上用CeO2抛光精密光学器械零件，如眼镜片、照相机镜头用的透镜等，大大提高了玻璃抛光工艺的效率和质量。

Dy可应用于滤色玻璃中，Er用作眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色。

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