Люминесцирующее стекло
Владельцы патента RU 2548638:
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 составам алюмоборатных стекол, которые могут использоваться в качестве преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции. Техническим результатом изобретения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося бесструктурной полосой люминесценции. Люминесцирующее стекло содержит B2O3, Al2O3, La2O3 и/или Y2O3 и Sb2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: 58-67 B2O3, 22-32 Al2O3, 5-12 La2O3 и/или Y2O3 и сверх 100% 0,3-10 Sb2O3. 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам алюмоборатных стекол, которые могут использоваться в качестве преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Известно люминесцирующее стекло следующего состава, мол.%: (50-60) SiO2, (20-28) Al2O3, (4-10) Y2O3, (5-15) SnO2, (1-4) CuO (BY №7700).
Основным недостатком известного стекла является зависимость контура полосы люминесценции (положения максимумов и относительных интенсивностей составляющих индивидуальных полос, обусловленных ионами Sn2+ и Cu+) от длины волны возбуждения. Это делает проблематичным использование известного стекла в качестве люминесцентного стандарта для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Известно метафосфатное стекло состава, мол.%: 57,7 LiPO3 - 28,86 Al(РО3)3 - 10 Ва(РО3)2 - 2 La2O3 - 1,4 Sb2O3 (М. Elisa, В. Sava, A. Diaconu, D. Ursu, R. Patrascu. Fluorescence of copper, manganese and antimony ions in phosphate glass host // Journal of Non-Crystalline Solids 355 (2009) 1877-1879).
Недостатками являются узкая полоса (Δλ≈80 нм) видимой люминесценции при λ≈450 нм и существенный дрейф ее положения в зависимости от длины волны возбуждения. Это не позволяет использовать известное стекло для преобразования ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Известно стекло состава, мол.%: (50 TeO2 - 30 PbF2 - 20 AlF3) + (5 Yb2O3 - 0,2 Er2O3 - 0,5 Tm2O3) (Chengguo Ming, Feng Song, Xiaobin Ren, Liqun An, Yueting Qin. Tm3+/Er3+/Yb3+tri-doped TeO2-PbF2-AlF3 glass for white-light-emitting diode // Optics Communications, v. 304 (2013) p.80-82).
Стекло имеет узкие (Δλ≈16-26 нм) полосы люминесценции при λ≈475, 525, 546 и 659 нм, обусловленные ионами Er3+ и Tm3+. Это не позволяет использовать известное стекло для преобразования ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Кроме того, известное стекло содержит токсичные Те и Pb.
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее стекло следующего состава, мол. %: (65-73) B2O3, (15-20) Al2O3, (8-15) La2O3 или Y2O3, (0,1-4) Sm2O3 (BY №14839).
Недостатком прототипа являются узкие (Δλ~15 нм) полосы люминесценции, обусловленные переходами 4G5/2→6Hj ионов активатора (Sm3+), наиболее интенсивные из которых лежат при λ≈563, 598 и 645 нм. Это не позволяет использовать прототип в качестве преобразователя ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет и стандарта для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной области спектра.
Задачей предлагаемого изобретения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося бесструктурной полосой люминесценции, простирающейся от ближней ультрафиолетовой до ближней инфракрасной областей спектра и пригодного для использования в качестве преобразователя ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандарта для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в соответствующих областях спектра.
Для решения поставленной задачи люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (B2O3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3) и/или иттрия (Y2O3), дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол %: (58-67) B2O3, (22-32) Al2O3, (5-12) La2O3 и/или Y2O3 и сверх 100% (0,3-10) Sb2O3.
Исходные материалы смешивали в требуемом соотношении, а полученную шихту плавили на воздухе в платиновом тигле в течение 1 часа. Выработку осуществляли путем отлива расплава на металлическую плиту.
Уменьшение концентрации Sb2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за низкой интенсивности люминесценции. Увеличение концентрации Sb2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за концентрационного тушения люминесценции. Изменение концентрации остальных ингредиентов, в том числе замена La2O3 на Y2O3, в заявляемых пределах слабо влияет на спектр и интенсивность люминесценции заявляемого стекла.
Составы заявляемого люминесцирующего стекла, показатель поглощения k при λ=280 нм, интегральная интенсивность люминесценции и полуширина полосы люминесценции Δλ (измерены для образцов толщиной 1 мм при длине волны возбуждения λв=270 нм) представлены в таблице.
| Таблица | |||||||
| № образца | Состав, мол.% | k, см-1 | I, отн.ед. | Δλ, нм | |||
| B2O3 | Al2O3 | La2O3 и/или Y2O3 | Sb2O3 | ||||
| 1 | 67 | 22 | 11 | 0,3 | 3,5 | 0,3 | 280 |
| 2 | 63 | 27 | 9,5 | 0,5 | 7,6 | 0,7 | 300 |
| 3 | 60 | 30 | 10 | 1 | 14,7 | 1,0 | 320 |
| 4 | 58 | 32 | 10 | 3 | 48 | 0,6 | 330 |
| 5 | 62 | 28 | 5 | 5 | >75 | 0,4 | 330 |
| 6 | 59 | 29 | 12 | 10 | >100 | 0,1 | 350 |
На фигурах 1 и 2 изображены соответственно спектр светоослабления и «квантовые» спектры люминесценции при λв=270 нм (кривая 1) и возбуждения люминесценции при длине волны регистрации λр=450 нм (кривая 2) заявляемого стекла (образец №3).
Видно, что заявляемое люминесцирующее стекло характеризуется поглощением при λ≤350 нм и бесструктурной полосой люминесценции, простирающейся от ближней ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области спектра. Следует отметить, что форма и положение данной полосы люминесценции слабо зависит от длины волны возбуждения. Это обеспечивает заявляемому люминесцирующему стеклу преимущество при использовании в качестве (1) преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, (2) стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Кроме того, оно не содержит токсичных компонентов.
Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (B2O3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3) и/или иттрия (Y2O3), отличающееся тем, что дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:
| B2O3 | 58-67 |
| Al2O3 | 22-32 |
| La2O3 и/или Y2O3 | 5-12 |
| Sb2O3 | 0,3-10 сверх 100% |
