Люминесцирующее стекло (варианты)


 


Владельцы патента RU 2534138:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)
Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к плавленому алюмоборатному стеклу, активированному трехзарядными ионами церия (Се3+) и тербия (Tb3+), которое может использоваться в качестве визуализатора ультрафиолетовых изображений и светового трансформатора из ультрафиолетовой в желто-зеленую область спектра. Техническим результатом изобретения является создание стекла с высоким активным поглощением в ультрафиолетовой области спектра и эффективной люминесценцией в области максимальной спектральной чувствительности глаза человека. Стекло (варианты) имеет следующий состав, мол.%:В2О3 55-70, Al2O3 15-35, La2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5 или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-9, La2O3 1-9, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-1 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5 или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-9, La2O3 1-9, Се2О3 1-5, Gd2O3 1-9, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5, или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5, или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Gd2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5, при этом атомарное отношение Tb/Се≥1. 5 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к плавленому алюмоборатному стеклу, активированному трехзарядными ионами церия (Се3+) и тербия (Tb+), которое может использоваться в качестве визуализатора ультрафиолетовых изображений и светового трансформатора из ультрафиолетовой в желто-зеленую область спектра.

Известно люминесцирующее стекло следующего состава, мол. %: 7ОВ2О3, (15-х-y)La2O3, 7ВаО, 8Li2O, хСе2О3, yTb2O3 (см. Lihui Huang, Xiaojun Wang, Hai Lin, Xingren Liu. Luminescence properties of Ce3+ and Tb3+ doped rare earth borate glasses // Journal of Alloys and Compounds, 2001, vol.316, p.256-259). Недостатками известного стекла являются невысокий квантовый выход сенсибилизации люминесценции ионов Tb3+ ионами Се3+ (~35%), малая доля квантов, излучаемых в желто-зеленой области спектра при 530-570 нм (~15%), и сравнительно низкие физико-химические свойства, в частности влагостойкость и механическая прочность. Указанные недостатки снижают конкурентоспособность известного стекла при использовании его в качестве светового визуализатора ультрафиолетовых изображений.

Известно люминесцирующее кварцевое стекло следующего состава, мас.%: (98,5-99,9)SiO2, (0,05-l,00)CeO2, (0,05-0,50)Tb2O3. При этом атомарное соотношение Се/Tb составляет не менее единицы (BY №6969). Недостатком известного стекла является невысокая четкость визуализируемых ультрафиолетовых изображений из-за относительно низкой концентрации легирующей активной примеси и, соответственно, поглощения визуализируемого излучения в относительно толстом слое стекла.

Известно люминесцирующее фосфатное стекло следующего состава, мол.%: (50-60) Р2О5, (5-15) (Li2O+K2O+Na2O+Cs2O), (5-15) (Al2O32О3), (10-25) (MgO+SrO+BaO+CaO), (0-10) Gd2O3, (0.5-10) Tb2O3 и (0-2) СеО2 (патент CN 101462827 (А)). Недостатком известного стекла является низкая водостойкость и относительно невысокое поглощение в области 270-350 нм, обусловленное низкой концентрацией ионов Се3+, что не позволяет достичь высокой четкости визуализируемых ультрафиолетовых изображений.

Известно люминесцирующее стекло следующего состава, мол.%: (65-73) В2О3, (15-20) Al2O3, (8-15) La2O3, (0,1-4) Sm2O3 (BY №14839).

Наиболее близким к заявленному стеклу по технической сущности и достигаемому результату является люминесцирующее стекло следующего состава, мол.%:

SiO2 и/или В2О3 35-85,
Al2O3 5-45,
La2O3 и/или Gd2O3 1-35,
Tb2O3 и/или Се2О3 0,5-30

при этом атомарное отношение Tb/Се≥1

и La2O3 и/или Gd2O3 может быть замещен не более чем на 50% Y2O3, Lu2O3 и др. (EP 266812, публ. 1991).

Прототип имеет следующие недостатки: малый линейный коэффициент поглощения в ультрафиолетовой области спектра (<10 см-1), обусловленный f-f-переходами ионов активатора (Sm3+), и слабоэффективное возбуждение люминесценции последних через полосу переноса заряда О2-→Sm3+. Кроме того, подавляющая доля квантов люминесценции прототипа приходится на полосы при λ≈600 и 650 нм, которые лежат за пределами максимальной спектральной чувствительности глаза человека.

Указанные недостатки не позволяют использовать прототип для визуализации ультрафиолетовых изображений.

Задачей предполагаемого изобретения является создание стекла с высоким активным поглощением в ультрафиолетовой области спектра и эффективной люминесценцией в области максимальной спектральной чувствительности глаза человека, что позволит достичь высокой четкости и яркости визуализируемого ультрафиолетового изображения.

Поставленная задача решается следующим образом:

1. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3), дополнительно содержит оксиды церия (Се2О3), тербия (Tb2O3) и сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%: В2О3 55-70, Al2O3 15-35, La2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5. При этом атомарное отношение Tb/Се≥1.

2. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3), дополнительно содержит оксиды иттрия (Y2O3) церия (Се2О3), тербия (Tb2O3) и сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%: В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-9, La2O3 1-9, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5. При этом атомарное отношение Tb/Се≥1.

3. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3), дополнительно содержит оксиды иттрия (Y2O3), гадолиния (Gd2O3), церия (Се2О3), тербия (Tb2O3) и сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%: В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-9, La2O3 1-9, Се2О3 1-5, Gd2O3 1-9, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5. При этом атомарное отношение Tb/Се≥1.

4. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3) и алюминия (Al2O3), дополнительно содержит оксиды иттрия (Y2O3), церия (Се2О3), тербия (Tb2O3) и сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%: В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5. При этом атомарное отношение Tb/Се≥1.

5. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3) и алюминия (Al2O3), дополнительно содержит оксиды гадолиния (Gd2O3), церия (Се2О3), тербия (Tb2O3) и сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%: В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Gd2O3 1-10, Ce2O31-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5. При этом атомарное отношение Tb/Се≥1.

Исходные материалы смешивали в требуемом соотношении, а полученную шихту плавили на воздухе в платиновом тигле в течение 1 часа. Выработку осуществляли путем отлива в металлические формы. При последующем отжиге вплоть до температуры Т=900°С кристаллизации не наблюдалось.

Уменьшение концентрации Се2О3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения интенсивности полосы поглощения с основными максимумами при λ≈270 и 310 нм, обусловленной ионами Се3+, соответствующего увеличения толщины возбуждаемого слоя и снижения четкости визуализируемого изображения. Увеличение концентрации Се2О3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения квантового выхода сенсибилизированной ионами Се3+ люминесценции ионов Tb3+.

Уменьшение концентрации Tb2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения эффективности сенсибилизации люминесценции ионов Tb3+ ионами Се3+ и уменьшения интенсивности межконфигурационной полосы поглощения ионов Tb3+ с максимумом при λ≈220 нм, что ведет к снижению четкости и яркости визуализируемого изображения. Увеличение концентрации Tb2O3 сверх заявляемой нецелесообразно главным образом из-за высокой стоимости данного ингредиента.

Уменьшение концентрации Sb2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за появления невосстановленных ионов Се4+ и Tb4+, тушащих люминесценцию ионов Се3+ и Tb3+. Увеличение концентрации SD2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения квантового выхода сенсибилизированной люминесценции ионов Tb3+, обусловленного перекрытия спектра поглощения ионов Се3+ и Tb3+ с одноименным спектром ионов Sb3+ и малой эффективности передачи возбуждений от последних к этим редкоземельным ионам.

Изменение концентрации остальных ингредиентов в заявляемых пределах слабо влияет на спектр и квантовый выход люминесценции предполагаемого изобретения, а увеличение их концентрации сверх заявляемой сопровождается кристаллизацией стекла.

Условие Tb/Се≥1, налагаемое на атомарное отношение редкоземельных соактиваторов, обеспечивает при возбуждении через сенсибилизатор превалирующую долю квантов, испускаемых ионами Tb3+.

Составы заявляемого стекла, показатель светоослабления k при различных λ, квантовый выход люминесценции η ионов Tb3+, определенный относительным методом при длине волны возбуждения λ=315 нм с погрешностью ±10%, представлены в таблице.

№ образца Состав, мол.% k (см-1) при λ, (нм) η, %
Al2O3 В2О3 Y2O3 La2O3 Gd2O3 Се2О3 Tb2O3 Sb2O3 315 330 360 %
1 27 60 - 10 - 1 2 0,5 180 38 2 70
2 15 70 - 3 - 2 10 5 >300 98 5 70
3 33 55 - 1 - 5 6 3,8 >300 210 10 50
4 35 55 - 4 - 2 4 2,3 >300 85 3 50
5 26 60 9 1 - 1 3 0,6 180 39 2 75
6 15 70 1 4 - 3 7 3,2 >300 125 8 65
7 21 64 2 1 1 5 6 4 >300 230 10 50
8 35 55 1 1 2 2 4 2,3 >300 83 3 50
9 18 67 1 1 9 1 3 1 185 39 2 70
10 30 60 - - 3 2 5 2,0 >300 83 3 55
11 30 60 4 - - 2 4 0,8 >300 73 3 65

На чертеже изображены для образца №5 спектр светоослабления (кривая 1) и квантовые спектры люминесценции (кривая 2, возбуждение при λ=315 нм) и возбуждения люминесценции (кривая 3, регистрация при λ=545 нм).

Как видно из приведенных таблицы и изображенных на чертеже спектров, заявляемое стекло характеризуется интенсивным поглощением в ультрафиолетовой области, высоким квантовым выходом люминесценции, возбуждаемой в широких полосах при λ≈220 и 280 нм и большой долей квантов, излучаемых в желто-зеленой области. Оценивая интенсивность проходящего через образец света по известной формуле I=I0e-k(λ)h, где I0 и h - интенсивность падающего света и толщина слоя, находим, что для образцов №1, 5 и 9 практически все падающее излучение при λ=315 нм поглощается в слое 200 мкм. Для остальных образцов этот слой в несколько раз тоньше. Эти характеристики обеспечивают заявляемому стеклу преимущества при использовании в качестве визуализатора ультрафиолетовых изображений и светового трансформатора из ультрафиолетовой в желто-зеленую область спектра.

1. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3), лантана (La2O3), церия (Се2О3) и тербия (Tb2O3), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:

В2О3 55-70,
Al2O3 15-35,
La2O3 1-10,
Се2О3 1-5,
Tb2O3 2-10
и сверх 100% Sb2O3 0,5-5

при этом атомарное отношение Tb/Се больше или равно 1.

2. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3), лантана (La2O3), иттрия (Y2O3), церия (Се2О3) и тербия (Tb2O3), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:

В2О3 55-70,
Al2O3 15-35,
Y2O3 1-9,
La2O3 1-9,
Се2О3 1-5,
Tb2O3 2-10
и сверх 100% Sb2O3 0,5-5

при этом атомарное отношение Tb/Се больше или равно 1.

3. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3), лантана (La2O3), иттрия (Y2O3), гадолиния (Gd2O3), церия (Се2О3) и тербия (Tb2O3), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:

В2О3 55-70,
Al2O3 15-35,
Y2O3 1-9,
La2O3 1-9,
Се2О3 1-5,
Gd2O3 1-9,
Tb2O3 2-10
и сверх 100% Sb2O3 0,5-5

при этом атомарное отношение Tb/Се больше или равно 1.

4. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3), иттрия (Y2O3), церия (Се2О3) и тербия (Tb2O3), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:

В2О3 55-70,
Al2O3 15-35,
Y2O3 1-10,
Се2О3 1-5,
Tb2O3 2-10
и сверх 100% Sb2O3 0,5-5

при этом атомарное отношение Tb/Се больше или равно 1.

5. Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (В2О3), алюминия (Al2O3), гадолиния (Gd2O3), церия (Се2О3) и тербия (Tb2O3), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:

В2О3 55-70,
Al2O3 15-35,
Gd2O3 1-10,
Се2О3 1-5,
Tb2O3 2-10
и сверх 100% Sb2O3 0,5-5

при этом атомарное отношение Tb/Се больше или равно 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к легированным прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые могут использоваться в качестве активной среды лазеров и усилителей в ближней ИК области.

Изобретение относится к фторидным оптическим стеклам, обладающим способностью к люминесценции в диапазоне 1000-1700 нм при возбуждении излучением с длинами волн в пределах 400-1100 нм.

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Yb-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в оранжево-красной области спектра.

Изобретение относится к производству стекла для оптических целей и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в области спектра 0,4-5 мкм. .

Стекло // 1689315

Стекло // 1650620
Изобретение относится к составам силикатных стекол и может быть использовано в приборостроении, квантовой электронике , например в качестве люминесцентных трансформаторов и светофильтров.

Изобретение относится к лазерному материаловедению и касается разработки новых оптических материалов, используемых в различных системах лазерных устройств. .

Изобретение относится к составам люминесцентных стекол, применяемых для преобразования ультрафиолетового излучения в излучение видимого и близкого инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в оранжево-красной области спектра.

Стекло // 2386596
Изобретение относится к оптическим материалам, которые могут использоваться в качестве светофильтров, подавляющих развивающиеся перпендикулярно оси активного элемента паразитные моды моноимпульсных неодимовых лазеров при 1,06 и 1,34 мкм.

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении и квантовой электронике, например для создания магнитооптических (фарадеевских) затворов, модуляторов, циркуляторов и аналогичных устройств.

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении и квантовой электронике, например, для создания магнитооптических (фарадеевских) затворов, модуляторов, циркуляторов и аналогичных устройств.

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде в ультрафиолетовой области спектра, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении и квантовой электронике, например, для создания магнитооптических (фарадеевских) затворов, модуляторов, циркуляторов и аналогичных устройств.

Изобретение относится к оптическим стеклам, которые могут быть использованы в массовой кино-фотооптике. .

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в ближней инфракрасной области спектра. Техническим результатом изобретения является создание стекла, характеризующегося интенсивной широкополосной люминесценцией в ближней инфракрасной области спектра и пригодного для использования в качестве активной среды лазера. Стекло, содержащее B2O3, Al2O3, La2O3 и/или Y2O3 и Yb2O3, имеет следующее соотношение компонентов, мол.%: 57-62 B2O3, 27-33 Al2O3, 1-9,5 La2O3 и/или Y2O3, 0,5-10 Yb2O3. 1 табл., 1 ил.
Наверх