摘要：氧化鈮以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能在玻璃領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文總結(jié)了氧化鈮在玻璃和微晶玻璃中應(yīng)用的基礎(chǔ)研究成果。氧化鈮在玻璃中的結(jié)構(gòu)作用較復(fù)雜，主要以玻璃網(wǎng)絡(luò)中間體的形式存在。氧化鈮加入不同玻璃體系后會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有不同程度的影響，從而對(duì)玻璃性能產(chǎn)生影響。含鈮玻璃和微晶玻璃的性能研究主要集中在光學(xué)性能和電學(xué)性能。氧化鈮可作為無(wú)鉛玻璃中取代氧化鉛的重要氧化物，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。針對(duì)氧化鈮在玻璃行業(yè)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望：在碲鈮酸鹽玻璃中引入鑭系稀土離子，探測(cè)做上轉(zhuǎn)換用的更高激發(fā)態(tài)的熒光，同時(shí)開發(fā)具有高密度光存儲(chǔ)的光信通訊和光學(xué)信號(hào)放大器;在鈮酸鹽玻璃陶瓷中添加稀土離子改性，調(diào)控陶瓷相的析晶種類，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)和介電性能的改善。

　　關(guān)鍵詞：氧化鈮;玻璃;微晶玻璃;光學(xué)性能;介電性能

　　氧化鈮具有優(yōu)越的物理化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)鏡頭、鋼鐵、超導(dǎo)材料、航空航天、原子能等領(lǐng)域。氧化鈮在玻璃中的應(yīng)用很多集中在光學(xué)玻璃中，含鈮玻璃的折射率高、重量輕，化學(xué)穩(wěn)定性高。由于其在高溫作用下比較穩(wěn)定，常用于改善摻雜稀土元素的光學(xué)玻璃的玻璃成形能力。含鈮玻璃兼具玻璃的良好透光性和優(yōu)良的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率，在上轉(zhuǎn)換領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

　　另外，氧化鈮在低介電玻璃中的應(yīng)用也已引起人們關(guān)注。鈮硅酸鹽微晶玻璃由于其特殊的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度高、絕緣電阻高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)異性能，在鐵電材料、壓電材料和發(fā)光材料等方面脫穎而出。近年來(lái)，隨著環(huán)保要求的提高，無(wú)鉛玻璃的市場(chǎng)越來(lái)越大，氧化鈮在無(wú)鉛玻璃中的應(yīng)用將有巨大市場(chǎng)。本文將主要從氧化鈮在玻璃和微晶玻璃中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，對(duì)氧化鈮在無(wú)鉛玻璃中的應(yīng)用前景進(jìn)行綜述，并對(duì)含鈮玻璃和微晶玻璃未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

　　氧化鈮在玻璃中的應(yīng)用五氧化二鈮(Nb一般被認(rèn)為是一種玻璃網(wǎng)絡(luò)中間體，在玻璃結(jié)構(gòu)中，Nb5+以[NbO四面體或[NbO八面體的形式存在，[NbO四面體可以參與玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，與氧原子主要形成橋氧的連接形式，可以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);而[NbO八面體不參與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，與氧原子主要以非橋氧的形式連接，作為網(wǎng)絡(luò)修飾體存在于玻璃中。但Nb5在不同玻璃體系中的結(jié)構(gòu)作用比較復(fù)雜，取決于具體的玻璃組成，比如在鈮硅酸鹽玻璃系統(tǒng)中，當(dāng)存在游離氧過(guò)多時(shí)，[NbO比[NbO更有利于玻璃形成[1]。Na的存在破壞了硅氧網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中非橋氧增多，此時(shí)鈮傾向于以[NbO進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)閇NbO的靜電價(jià)強(qiáng)度為5/6，與[NbO的5/4相比，[NbO與[SiO=1的靜電價(jià)強(qiáng)度更接近，頂角相連后穩(wěn)定性更好。

　　另一方面，[NbO帶負(fù)電，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后Na離子會(huì)起電荷補(bǔ)償作用，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;但[NbO帶正電，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后電荷難以平衡，使玻璃結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。含鈮玻璃在上轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景，因?yàn)槠渫瑫r(shí)具有玻璃良好的透光性和較高的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率。栗佳穎等[2]制備了以Nb為基質(zhì)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入10%摩爾分?jǐn)?shù))La時(shí)，玻璃的形成能力最強(qiáng)，并且玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光最強(qiáng)。馬天飛和王中才將氧化鈮引入含鑭的硼酸鹽和硅酸鹽稀土光學(xué)玻璃，對(duì)鈮硼酸鹽和鈮硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[3]。

　　通過(guò)玻璃的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，鈮在玻璃中有四配位和六配位兩種配位狀態(tài)，同時(shí)形成了新的Nb——、Nb——Si和Nb=O化學(xué)鍵，這種化學(xué)鍵在高溫下具有較高的熱穩(wěn)定性，顯著降低了含鑭硼酸鹽玻璃在熔制過(guò)程中的揮發(fā)，并提高了玻璃抵抗析晶的能力。由于加入了Nb，減弱了堿金屬和堿土金屬離子的斷網(wǎng)作用，玻璃網(wǎng)絡(luò)中的非橋氧數(shù)大量減少。硼離子由[BO轉(zhuǎn)變?yōu)閇BO，[NbO四面體與[BO或[SiO共同形成一個(gè)更穩(wěn)定的玻璃結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得光學(xué)玻璃的紫外吸收限向短波方向移動(dòng)，光透過(guò)率明顯提高。

　　碲酸鹽玻璃由于具有優(yōu)良的光學(xué)性能，在很多光學(xué)領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用。碲酸鹽玻璃的軟化點(diǎn)較低可作為太陽(yáng)能電池正面電極漿料中的粘結(jié)劑;熱膨脹系數(shù)較低可以作為金屬和玻璃的封接材料。曹秀華等研究的TeOPbOBiNb玻璃[4]、王艷玲等研究的TeOBiNb玻璃、李光偉等研究的TeOZnOBaFNb系列玻璃[5]中，Nb可以降低玻璃的軟化溫度和熱膨脹系數(shù)，提高玻璃轉(zhuǎn)變溫度和析晶溫度，使得玻璃的形成能力變強(qiáng)。

　　直接允許躍遷、間接允許躍遷及能量帶隙都減小，從而增強(qiáng)玻璃的非線性光學(xué)性能。Algarni等研究了一系列TeOLiNbONbBaFLa玻璃的熱穩(wěn)定性和光學(xué)性能[6]。發(fā)現(xiàn)隨著Nb含量的增加，線性折射率、三階磁化率和摩爾極化率均增加。

　　摩爾極化率的增加表明玻璃基體中非橋氧數(shù)目的增加，玻璃網(wǎng)絡(luò)修飾體配位數(shù)的增加使得折射率增加和能帶間隙值降低。Rammah等對(duì)TeOLiNbOBaOBaFLa系列玻璃的光學(xué)性能和γ射線屏蔽特性進(jìn)行了深入研究[7]。他們發(fā)現(xiàn)TeO含量最高的玻璃具有最高的線性衰減系數(shù)和最低的半衰減層，因此可以作為屏蔽中子的候選材料。林健研究了碲鈮玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[8]，發(fā)現(xiàn)在玻璃中鈮以少量的[NbO四面體和[TeO雙三角錐體、[TeO3+1、[TeO三角錐體共同形成網(wǎng)絡(luò)骨架，剩余的鈮以[NbO八面體存在于網(wǎng)絡(luò)空隙中，使玻璃結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

　　當(dāng)在玻璃中引入第三元氧化物時(shí)，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有不同程度的影響。玻璃的紫外截止波長(zhǎng)隨著Nb的引入而略有藍(lán)移，但當(dāng)引入第三元氧化物后，玻璃的紫外截止波長(zhǎng)隨著[TeO相對(duì)含量的增加而發(fā)生紅移現(xiàn)象。在含鋅的碲鈮玻璃中摻入不同的稀土離子時(shí)，可以提高玻璃的三階非線性光學(xué)性能。Wajhal等用反向蒙特卡羅方法模擬了LiNbOTeO玻璃的結(jié)構(gòu)[9]。利用反向蒙特卡羅方法可將全中子衍射數(shù)據(jù)模擬出來(lái)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出部分原子對(duì)分布函數(shù)，配位數(shù)分布，鍵角分布等。

　　隨著LiNbO含量的增加，[TeO會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閇TeO結(jié)構(gòu)單元。同時(shí)還證實(shí)了[NbO八面體是玻璃網(wǎng)絡(luò)連接的組成部分。這些模擬結(jié)果對(duì)于我們深入理解鈮在玻璃中的結(jié)構(gòu)作用至關(guān)重要。Hasim和Rohani在鋰碲鈮玻璃中共摻雜Er3+/Nd3+，光致發(fā)光強(qiáng)度及受激發(fā)射截面均增強(qiáng)[10]。在發(fā)光光譜的497,550,618nm和635nm出現(xiàn)了個(gè)明顯的發(fā)射峰，該材料可用作寬帶放大器。羅麗慶等在碲鈮基玻璃中摻雜了各種離子，研究其對(duì)光學(xué)性能的影響[11]。

　　當(dāng)加入的離子為Zn2+、3+、Ti4+時(shí)，玻璃的紫外截止波長(zhǎng)無(wú)明顯變化，但是增大了玻璃的透過(guò)率;加入Ce4+、Er3+、Ho3+、Nd3+和3+離子使玻璃紫外吸收截止波長(zhǎng)發(fā)生紅移，加入La3+和Tb3+使玻璃紫外吸收截止波長(zhǎng)產(chǎn)生藍(lán)移。陳東丹等在摻鉺的碲酸鹽玻璃中加入氧化鈮[12]，發(fā)現(xiàn)Nb的加入能提高玻璃的熱穩(wěn)定性，并且具有較大的受激發(fā)射截面和熒光半寬高，是一種理想的寬帶光纖放大器用基質(zhì)玻璃。

　　趙振宇等在碲鈮鋅玻璃中摻入Eu[13]，發(fā)現(xiàn)銪離子使玻璃折射率降低，并且銪離子的加入，破壞了Te—鍵連接，導(dǎo)致玻璃的非線性極化率明顯增強(qiáng)，響應(yīng)時(shí)間大大縮短。鈦鋇硅酸鹽玻璃由于具有良好的透紅外光和抗熱沖擊性能，被廣泛應(yīng)用在光學(xué)領(lǐng)域，并且可以被拉制成纖維做電子產(chǎn)品的增強(qiáng)材料。

　　童超將Nb引入鈦鋇硅酸鹽玻璃[14]，硅在玻璃中以、以及少量的形態(tài)存在，鈦以[TiO存在，加入少量Nb時(shí)，[SiO與Si——Nb鍵以頂角相連，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);當(dāng)鈮含量過(guò)高時(shí)，氧化鈮起網(wǎng)絡(luò)修飾體作用，橋氧含量減少，網(wǎng)絡(luò)連接度下降。玻璃的彈性模量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，失透上限溫度先降低后升高。 低介電玻璃由于其較低的介電常數(shù)和介電損耗、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在光電子和光通訊等領(lǐng)域成為應(yīng)用非常廣泛的電性能材料。

　　隨著集成電路的迅速發(fā)展，要求互聯(lián)的介質(zhì)具有較低的介電常數(shù)，以有效減小阻抗延遲。鈮硼酸鹽玻璃是低介電玻璃體系的重要組成之一。李長(zhǎng)久[15]和沈陽(yáng)[16]使用Ta逐漸取代NbNaBaOSiO玻璃中的Nb，提高了玻璃的熱穩(wěn)定性，在晶化處理后，玻璃的介電常數(shù)和介電損耗都呈現(xiàn)出先減小后增大的非線性變化。此外，將鉭鈮酸鹽玻璃與高硼硅酸鹽玻璃摻雜，制備出的玻璃比兩個(gè)單獨(dú)玻璃體系的介電常數(shù)要低很多，但是介電損耗增加個(gè)數(shù)量級(jí)，這是由于玻璃結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成了大量的空隙。

　　2氧化鈮在微晶玻璃中的應(yīng)用

　　微晶玻璃兼具玻璃的高透明度和晶體的高韌性和高發(fā)光效率，可以用作固體激光材料、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料和光存儲(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用在電子與微電子、航天航空和機(jī)械制造等領(lǐng)域。鈮酸鹽微晶玻璃機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小，是一種非常重要的發(fā)光基質(zhì)材料，擁有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。鄧爽等通過(guò)熔融晶化法得到了主晶相為CaNb的Er3+/Yb3+共摻的透明鈮硅酸鹽微晶玻璃[17]。該材料兼顧玻璃和晶體的優(yōu)點(diǎn)，例如易加工，且發(fā)光效率高。鈮在氧化物玻璃中一般以[NbO八面體和[NbO]四面體種形式存在，并形成Nb=O雙鍵，玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也由于雙鍵的存在使得連接度增強(qiáng)，因此制備的微晶玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性。

　　玻璃基質(zhì)中聲子能量的強(qiáng)弱會(huì)影響摻雜稀土離子的發(fā)光性能，保持Er3+/Yb3+的摻雜濃度一致，在800℃熱處理玻璃，得到微晶玻璃樣品。對(duì)比相同組分個(gè)樣品的發(fā)射光譜λex=980nm，微晶玻璃的發(fā)射峰強(qiáng)度明顯的高于沒有熱處理的玻璃樣品的發(fā)射峰，這是因?yàn)镃aNb晶體與稀土離子的結(jié)合可以提高光學(xué)性能，而普通玻璃的聲子能量較高，使得稀土離子發(fā)生非輻射躍遷的幾率增大，損失的能量較多，所以發(fā)射峰強(qiáng)度減弱。鈮硅酸鹽微晶玻璃優(yōu)異的發(fā)光性能使其成為一種潛在的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。

　　宋瓊等[18–19]通過(guò)兩步熱處理分別得到了含有aNbO和LiNbO納米晶相的微晶玻璃，在玻璃基質(zhì)中引入Eu3+，比較玻璃析晶前后發(fā)光性能的變化。射線衍射XRD數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著熱處理溫度的提高和熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，析出晶體的衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng);而且熱處理溫度的升高對(duì)玻璃的形貌也有較為明顯的影響，其結(jié)果與鄧爽等的結(jié)論一致。通過(guò)熒光光譜分析得到，微晶玻璃的發(fā)射峰強(qiáng)度明顯強(qiáng)于玻璃樣品的發(fā)射峰，由于熱處理使得玻璃析晶，Eu3+進(jìn)入到析出的NaNbO和LiNbO晶體中，由于晶體的內(nèi)部排列是規(guī)則有序的，稀土離子躍遷時(shí)產(chǎn)生的能量在傳播時(shí)損耗較少。

　　在傳播過(guò)程中損耗較大，而且玻璃的聲子能量較高，使得稀土離子發(fā)生非輻射躍遷的幾率增大，輻射躍遷的幾率降低，因此增加了損耗的能量。所以，玻璃樣品的發(fā)射光譜強(qiáng)度要明顯弱于微晶玻璃的發(fā)射光譜。對(duì)比鄧爽和宋瓊等的實(shí)驗(yàn)可以得到，通過(guò)熱處理含鈮的氧化物玻璃，可以使其析晶，得到含鈮的晶體，在相同的熱處理時(shí)間下，提高熱處理的溫度可以明顯增強(qiáng)玻璃的析晶程度，晶粒數(shù)量增多，晶粒尺寸增大，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，晶粒會(huì)出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

　　熱處理的溫度不變，延長(zhǎng)熱處理的時(shí)間，玻璃析晶程度增加不明顯。換言之，提高熱處理溫度能有效的促進(jìn)玻璃析晶。玻璃析晶后，摻雜稀土離子的發(fā)光性能較析晶前有明顯的增強(qiáng)，因?yàn)閾诫s離子進(jìn)入了從玻璃析出的晶體中，晶體規(guī)則的結(jié)構(gòu)有利于稀土離子的能量傳播。而玻璃樣品的高聲子能量使得摻雜離子在躍遷過(guò)程中損耗較多的能量，導(dǎo)致玻璃樣品發(fā)光性能減弱。通過(guò)熱處理誘導(dǎo)玻璃析晶，增強(qiáng)發(fā)光性能，是制備高性能發(fā)光材料的重要思路。

　　張文俊通過(guò)在SrOBaONbSiO體系中引入Na、TiO、BaF研究氧化物和氟化物對(duì)微晶玻璃制備和性能的影響[29]。添加氧化納的微晶玻璃，具有較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和析晶溫度，熱處理時(shí)出現(xiàn)了新的晶體類型，介電常數(shù)也發(fā)生了非線性變化。這是由于少量的氧化鈉可以促進(jìn)玻璃析晶，細(xì)化晶粒尺寸，但當(dāng)氧化鈉含量過(guò)高時(shí)，晶粒長(zhǎng)大且分布不均勻，同時(shí)析出非鐵電晶相，不利于提高微晶玻璃的擊穿強(qiáng)度，樣品的儲(chǔ)能密度逐漸減小。當(dāng)在微晶玻璃中添加少量氧化鈉時(shí)，逐漸提高晶化溫度，可以增大樣品的介電常數(shù)、擊穿強(qiáng)度和儲(chǔ)能密度。

　　在微晶玻璃中添加適量的晶核劑氧化鈦時(shí)，降低了玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和析晶溫度，介電常數(shù)先增加后降低，樣品的擊穿強(qiáng)度和儲(chǔ)能密度則呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。當(dāng)在微晶玻璃中添加1%的氟化鋇時(shí)，不僅介電常數(shù)最大，而且擊穿強(qiáng)度和儲(chǔ)能密度也最大，有望成為高儲(chǔ)能密度的鈮酸鹽鐵電微晶玻璃材料。

　　柳曉燕通過(guò)制備Ba0.5Sr0.5Nb和(Na,K)NbO鐵電微晶玻璃，研究不同玻璃相含量、退火溫度、成核劑以及晶化溫度對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響[30]。在Ba0.5Sr0.5Nb體系中，當(dāng)玻璃含量為80%質(zhì)量分?jǐn)?shù)、退火溫度為600℃、加入CeO作為成核劑時(shí)，微晶玻璃的擊穿強(qiáng)度和介電常數(shù)均得到大幅提升，儲(chǔ)能密度達(dá)到最大值，是普通鐵電陶瓷儲(chǔ)能密度的1.5倍。在(Na,K)NbO體系中，在第個(gè)放熱峰溫度下晶化、以CeO作為成核劑能促進(jìn)晶體析出，樣品的抗擊穿強(qiáng)度較高，獲得材料的最大儲(chǔ)能密度。

　　近些年來(lái)，隨著民用核電站的大量發(fā)展，產(chǎn)生了越來(lái)越多的高放射性核廢料，如何妥善處置這些高放廢物成為越來(lái)越多人關(guān)注的重點(diǎn)。目前有一種方法是將這些核廢料在玻璃、陶瓷或微晶玻璃等穩(wěn)定基體中對(duì)其進(jìn)行分離和固化，但是由于玻璃的包容量較小、陶瓷的固化元素選擇性強(qiáng)，微晶玻璃成為比較理想的、可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的固化技術(shù)。

　　硼硅酸鹽玻璃是目前高放核廢物固化中最成熟的基質(zhì)，大量的研究表明富燒綠石相的材料在固化核元素方面有著非常大的作用，而且它的綜合性能優(yōu)異，對(duì)核元素的包容量也很大，是固化高放射性核元素的理想材料。吳康明的研究選擇了含CaNb的燒綠石相作為析出晶相，硼硅酸鹽玻璃作為母玻璃相[32]。

　　在1300℃的熔融溫度下獲得了含有燒綠石(Ca,Na)(Nb,Ti)和CaNdNb的固化體樣品，并且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，但是其熱穩(wěn)定性和形成能力還需要進(jìn)一步優(yōu)化。向微晶玻璃中加入適量的Nd有助于燒綠石的形成，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)Nd含量為14%質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熔融溫度為1325℃時(shí)，固化體樣品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性達(dá)到最佳，是固化核廢料的潛在基材。

　　3氧化鈮在無(wú)鉛玻璃中的工業(yè)應(yīng)用前景

　　光學(xué)玻璃常會(huì)含有一些重金屬氧化物如PbO、La、Gd、Ta來(lái)改善其光學(xué)特性。在所有的氧化物中PbO具有高的折射率和散光性，而且成本低，玻璃形成能力強(qiáng)。但是隨著環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益嚴(yán)肅，對(duì)人體有害及污染環(huán)境的有毒物質(zhì)逐漸被取代，無(wú)鉛光學(xué)玻璃已應(yīng)運(yùn)而生。

　　如何保持與含鉛玻璃同等的相對(duì)局部散光性和內(nèi)部透光性，是無(wú)鉛玻璃要解決的重要問(wèn)題。為了得到同樣色散系數(shù)和基本散光性的無(wú)鉛光學(xué)玻璃，可以使用Ta、ZrO、Nb、TiO、SrO、ZnO、BaO等氧化物來(lái)替換PbO。這些氧化物中Ta和TiO等的熔融溫度較高，ZrO具有較高的結(jié)晶趨向。因此，Nb可以作為取代PbO的重要氧化物。鉛污染問(wèn)題同樣存在于鉛晶質(zhì)玻璃中，2019年我國(guó)的鉛晶質(zhì)玻璃器皿出口量大幅度降低，尤其是鉛晶質(zhì)玻璃高腳杯和鉛晶質(zhì)玻璃制餐桌或廚房用器皿，這表明無(wú)鉛玻璃的需求量正逐漸上升。在含鉛玻璃中，PbO在消除不規(guī)則局部散光性中起到重要作用。

　　而在無(wú)鉛玻璃中，當(dāng)Nb的含量達(dá)到一定量時(shí)，Nb能夠有效消除玻璃的不規(guī)則局部散光性，所以含鈮玻璃可以有效取代含鉛玻璃。利用Nb生產(chǎn)無(wú)鉛光學(xué)玻璃和晶質(zhì)玻璃的優(yōu)點(diǎn)主要有點(diǎn)：增強(qiáng)玻璃化學(xué)耐蝕性。含鉛玻璃的離子析出問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。含Nb玻璃與含PbO玻璃相比一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是它的化學(xué)耐蝕性更好。玻璃中的鉛離子很容易溶于硝酸溶液，而用Nb替代PbO可以降低玻璃表面的離子析出量。

　　提高了力學(xué)性能。含鈮玻璃的硬度和抗摩擦磨損性要優(yōu)于含鉛玻璃，降低了運(yùn)輸和使用過(guò)程中的損耗，延長(zhǎng)了玻璃的使用期限。低密度。密度低是無(wú)鉛玻璃最明顯的優(yōu)勢(shì)，比如鏡頭采用的玻璃越輕，整個(gè)光學(xué)裝置的重量就越輕。通常來(lái)說(shuō)，含鉛玻璃中氧化鉛含量越高，玻璃的折射率越高，同時(shí)其比重也越大。如果用相對(duì)輕的元素比如鈮替代鉛，那么玻璃的折射率越高，比重就越小。近些年，隨著無(wú)鉛玻璃的市場(chǎng)需求逐步上升，氧化鈮必將在無(wú)鉛玻璃中擁有廣闊的應(yīng)用前景。

　　4總結(jié)與展望

　　本文總結(jié)了氧化鈮在玻璃行業(yè)中研究和應(yīng)用進(jìn)展，主要從玻璃和微晶玻璃兩個(gè)方面對(duì)基礎(chǔ)研究進(jìn)行了綜述，對(duì)氧化鈮在無(wú)鉛玻璃中的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了討論。在此基礎(chǔ)上，對(duì)氧化鈮在玻璃中未來(lái)的研究和應(yīng)用從以下幾個(gè)方面進(jìn)行展望。碲酸鹽玻璃體系是一種新型非線性光學(xué)玻璃材料，其三階非線性光學(xué)性能明顯優(yōu)于硅酸鹽、硼酸鹽等玻璃體系，加之優(yōu)良的透紅外性能和線性光學(xué)性能等優(yōu)勢(shì)，在全光開關(guān)器件、新型光纖等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，成為目前非線性光學(xué)材料科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

　　以NbTeO系統(tǒng)為主體的碲酸鹽非線性光學(xué)玻璃材料在許多性能上明顯優(yōu)于單純氧化碲玻璃和其他一些碲酸鹽系統(tǒng)玻璃。該玻璃體系具有寬紅外透過(guò)窗口、低聲子能、低熔制溫度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度、以及高折射率、高介電常數(shù)、優(yōu)良化學(xué)穩(wěn)定性和玻璃形成能力，其三階非線性折射率比硅酸鹽玻璃高數(shù)倍。Nb5+的引入可明顯提高玻璃的三階光學(xué)非線性，同時(shí)Nb5+的加入強(qiáng)化了碲氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了玻璃的形成能力和熱穩(wěn)定性。鈮碲酸鹽玻璃被認(rèn)為是新型的非線性光學(xué)玻璃材料，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

　　同時(shí)，稀土離子對(duì)玻璃的光學(xué)非線性也存在明顯影響。存在于玻璃中的少量稀土離子具有類似半導(dǎo)體量子點(diǎn)的作用，使得含稀土離子的玻璃材料表現(xiàn)出新的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)。玻璃的線性光學(xué)性質(zhì)對(duì)非線性光學(xué)性質(zhì)存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般認(rèn)為具有高折射率、高密度和低色散的玻璃具有較高的非線性折射率，材料的線性折射率、光學(xué)透過(guò)和特征吸收都會(huì)對(duì)非線性極化率存在明顯的影響。

　　因此有必要對(duì)碲鈮基玻璃的線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，為不斷提高材料的光學(xué)非線性和綜合性能提供理論支持。 儲(chǔ)能器件的小型化與輕型化已成為能源領(lǐng)域一致的目標(biāo)。通過(guò)熔融快冷與可控結(jié)晶技術(shù)制備出的兼具高介電常數(shù)與高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的新型微晶玻璃復(fù)合介電材料在其中扮演了重要的角色。鐵電微晶玻璃中玻璃相的存在，使得介電常數(shù)略降低，因而在保證樣品具有高的擊穿強(qiáng)度的前提下，介電常數(shù)要保持在一定水平。

　　另外，不管介電常數(shù)高低與否，微晶玻璃的介電損耗是非常低的。鈮酸鹽鐵電微晶玻璃體系整體上滿足高儲(chǔ)能特性的要求。通過(guò)調(diào)控鈮酸鹽在玻璃中的含量，可獲得特定的微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性能和介電常數(shù)。但是此類微晶玻璃復(fù)合介電材料的相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)研究尚不全面，很多性能還有待改善，因此有必要對(duì)鈮酸鹽鐵電微晶玻璃進(jìn)行更深入的研究，進(jìn)一步優(yōu)化綜合性能，拓寬其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。

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　　作者：鄭金峰，蘆建超，楊蕊，師彥春，郭愛民，鄭秋菊