Люминесцирующая наностеклокерамика



Люминесцирующая наностеклокерамика
Люминесцирующая наностеклокерамика
Люминесцирующая наностеклокерамика

 


Владельцы патента RU 2579056:

Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" (BY)

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Технический результат изобретения - создание прозрачной оксифторидной стеклокерамики, обладающей свойством преобразования инфракрасного излучения в видимое и характеризующейся высокой интенсивностью желтой ап-конверсионной люминесценции. Люминесцирующая наностеклокерамика включает, мол.%: SiO2 35.0-40.0; GeO2 7.5-12.7; PbO 15.0-18.5; PbF2 30.0-38.5 и Er2O3 1.0-1.5. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам, а именно к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике, активированной и соактивированной ионами редкоземельных элементов, в частности ионами эрбия, и предназначено для использования в качестве активной среды в ап-конверсионных лазерах, желтых люминофорах и др. для преобразования инфракрасного лазерного излучения в видимое желтое излучение.

Прозрачная оксифторидная наностеклокерамика получается на основе оксифторидных стекол, активированных редкоземельными ионами. В процессе термической обработки исходного стекла в стеклянной матрице формируется нанокристаллическая фаза - фторидные нанокристаллы, активированные ионами РЗЭ, в результате чего оксифторидная стеклокерамика сочетает в себе лучшие свойства низкофононных фторидных нанокристаллов, определяющих оптические свойства редкоземельных ионов, и простоту изготовления, улучшенные физико-химические свойства оксидных силикатных стекол.

Известна люминесцирующая оксифторидная стеклокерамика, активированная ионами эрбия, состава в вес. %: 47.5 LaF3; 25 B2O3; 10 PbF2; 15 Al2O3; 2.5 Er2O3 [1]. Получение известной стеклокерамики требует достаточно высоких температур синтеза (1200°С) и термической обработки (680°С) исходного стекла, что повышает энергозатраты на ее производство.

Кроме того, известная стеклокерамика преобразует инфракрасное излучение в видимое зеленое и красное, но не в желтое свечение.

Известна люминесцирующая стеклокерамика, содержащая в мол. %: SiO2 - 40.0; Al2O3 - 25.0; Na2CO3 - 18.0; YF3 - 10.0; NaF - 7.0; xErF3 (x=0.05; 0.2; 0.5; 1.0 и 2.0) [2]. Стеклокерамика характеризуется зеленым и красным излучением в спектральной области 520-545 нм и 660 нм, соответственно. Для получения наностеклокерамики стекло указанного состава синтезируют при температуре 1450°С. Исходное стекло подвергают термической обработке в интервале температур 570-650°С, в результате которой в матрице стекла формируются нанокристаллы NaYF4, содержащие ионы эрбия Er3+ и обусловливающие люминесценцию в красной и зеленой видимой области спектра. Недостатком данной стеклокерамики также является высокотемпературный режим ее синтеза и отсутствие желтого свечения.

Наиболее близким к предлагаемому составу люминесцирующей стеклокерамики по технической сущности и достигаемому результату является люминесцирующая оксифторидная стеклокерамика (взята за прототип), которая содержит в мол. %: SiO2 10-60; Al2O3 0-40; Ga2O3 0-40; PbF2 5-60; CdF2 0-60; GeO2 0-30; TiO2 0-10; REF3 или RE2O3 (RE=Er, Tm, Ho, Yb, Pr и др.) 0.05-30 [3]. Стеклокерамика, активированная ионами эрбия и иттербия, имеет следующий состав в мол. %: SiO2 - 30; Al2O3 - 15; PbF2 - 24; CdF2 - 20; YbF3 - 10; ErF3 - 1 (пример 1 в [3]). Температура синтеза исходного стекла составляет 1050°С, температура термической обработки стекла, при которой происходит выделение нанокристаллической фазы в виде твердых растворов PbF2-CdF2-YbF3-ErF3 с размером кристаллов 20 нм, составляет 470°С.

Стеклокерамика-прототип характеризуется ап-конверсионной люминесценцией в области 550 нм (переход 4S3/24I15/2) и 660 нм (переход 4F9/24I15/2), что соответствует зеленому и красному излучению, соответственно. При термообработке исходного стекла в стеклянной матрице данного состава выделяются нанокристаллы со структурой твердых растворов PbF2-CdF2-YbF3-ErF3 и желтая люминесценция не получена. Поэтому известная стеклокерамика не может быть эффективно использована в качестве лазерной активной среды для преобразования инфракрасного излучения в видимое желтое.

Техническая задача изобретения - создание прозрачной оксифторидной наностеклокерамики, обладающей свойством преобразования инфракрасного излучения в видимое и характеризующейся высокой интенсивностью желтой ап-конверсионной люминесценции.

Поставленная задача достигается тем, что люминесцирующая наностеклокерамика включает SiO2, PbF2 и отличается тем, что дополнительно содержит GeO2, PbO, и Er2O3 при следующем соотношении компонентов, мол. %: SiO2 35.0-40.0; GeO2 7.5-12.7; PbO 15.0-18.5; PbF2 30.0-38.5 и Er2O3 1.0-1.5. Количественное соотношение указанных компонентов и дополнительное содержание оксидов GeO2, PbO, и Er2O3 в предлагаемой наностеклокерамике позволяет обеспечить желтое свечение, связанное с ап-конверсионной люминесценцией в спектральной области 540-660 нм, сохраняя при этом прозрачность, и, таким образом, создать новую люминесцирующую наностеклокерамику для активной среды ап-конверсионных лазеров и основы для желтых люминофоров.

Из источников информации люминесцирующая наностеклокерамика с данным соотношением компонентов и дополнительным содержанием оксидов GeO2, PbO, и Er2O3 для решения указанной задачи неизвестна и нами предлагается впервые.

В качестве сырьевых материалов для синтеза стекла используют диоксид кремния (аморфный), диоксид германия, оксид свинца, фторид свинца марки «хч» и оксид эрбия (99,99%). Сырьевые материалы взвешивают на электронных весах, тщательно перемешивают и просеивают через сито №0.5. Приготовленную таким образом шихту для варки стекла засыпают в корундовые тигли, которые помещают в стекловаренную электрическую печь с силитовыми нагревателями. Варку стекла осуществляют при температуре 950±50°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин до полного провара и осветления стекломассы. Скорость подъема температуры в печи 300°С в час. Из готовой стекломассы изготавливают образцы (функциональные элементы для лазерных систем и люминофоров), которые отжигают при температуре 300°С для снятия внутренних напряжений.

Люминесцирующую наностеклокерамику получают путем кристаллизации исходного стекла. Термическую обработку стекла осуществляют при температуре 350°С в течение 10 ч. В процессе термической обработки исходного стекла в стеклянной матрице формируются нанокристаллы фторида свинца, содержащие ионы эрбия, Er:PbF2. Средний размер кристаллов составляет 8,5±0,5 нм.

Конкретные составы и свойства предлагаемой стеклокерамики и прототипа представлены в таблицах 1, 2.

Составы стеклокерамик

Составы, находящиеся за пределами заявляемой области, не могут быть использованы для этой цели, так как опалесцируют при выработке, теряя свою прозрачность.

Свойства стеклокерамик

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлен спектр желтой ап-конверсионной люминесценции предлагаемой наностеклокерамики при возбуждении в ИК-диапазоне на длине волны излучения 960 нм (штриховая линия - спектр исходного стекла).

Сопоставляя уровень ап-конверсионной люминесценции предлагаемой наностеклокерамики и прототипа видно, что предлагаемая стеклокерамика характеризуется более высокой интенсивностью люминесценции в области длины волны 650 нм по сравнению с прототипом в силу образования нанокристаллической фазы Er:PbF2 с высокой локальной концентрацией ионов эрбия, поэтому предлагаемая стеклокерамика имеет совершенно другой цвет свечения - желтый. Преимуществом заявляемой стеклокерамики является также значительно более низкая температура термической обработки исходного стекла (350°С, а у прототипа 470°С), что снижает энергозатраты на ее получение.

Таким образом, прозрачная оксифторидная наностеклокерамика предлагаемого состава способна преобразовывать инфракрасное лазерное излучение в видимое и обладает интенсивной ап-конверсионной желтой люминесценцией, что дает возможность эффективно использовать ее в качестве активной среды в ап-конверсионных лазерах и желтых люминофорах.

Источники информации

1. Патент США №6,281,151 B1. Transparent lanthanum fluoride glass ceramics, 2001.

2. F. Liu, E. Ma, D. Chen, Y. Yu, Y. Wang / Tunable red-green upconversion luminescence in novel transparent glass ceramics containing Er:NaYF4 nanocrystals // J. Phys. Chem. В - 2006. - V. 110. - P. 20843-20846.

3. Патент США № ЕР 0640571 B1. A wavelength up-conversion transparent glass ceramics and a process for the production thereof, 2001 (прототип).

Люминесцирующая наностеклокерамика, включающая SiO2, PbF2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит GeO2, PbO, и Er2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%:

SiO2 35,0-40,0
GeO2 7,5-12,7
PbO 15,0-18,5
PbF2 30,0-38,5
Er2O3 1,0-1,5



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к составу и технологии производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита. Слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита включает оксиды кремния, алюминия, магния, калия и фтор, при этом он содержит указанные ингредиенты при следующем соотношении, масс.%: оксид кремния - 39,0-43,0, оксид алюминия - 9,0-12,0, оксид магния - 27,1-30,0, оксид калия - 7,1-9,0 и фтор - 8,0-12,0.

Изобретение относится к усовершенствованным диэлектрическим изоляторам и может быть использовано в свечах зажигания в камерах сгорания автомобилей. Предложенный изолятор имеет следующий керамический состав, мас.%: SiO2 25-60; R2О3 15-35, причем R2О3 представляет собой В2О3 3-15% и Аl2О3 5-25%; MgO 4-25% + Li2O 0-7%, причем общее количество MgO+Li2O составляет примерно 6-25%; R2О в количестве 2-20% (причем R2O представляет собой Na2O 0-15%, K2О 0-15%, Rb2O 0-15%) Rb2O 0-15%; Cs2O 0-20% и F 4-20% и содержит кристаллические зерна, ориентированные проходящими в первом (круговом) направлении и в направлении (радиальном), перпендикулярном первому направлению, а также первую область, где действует сжимающее напряжение, и вторую область, где действует растягивающее напряжение.
Изобретение относится к производству слюды. .

Изобретение относится к области получения стеклокерамических материалов, т.е. .

Изобретение относится к огнеупорным материалам, которые могут быть использованы в промьшшенности строительных материалов и других отраслях. .

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием полевых транзисторов.

Изобретение относится к области получения водорастворимых наноматериалов и касается способа получения термочувствительных водорастворимых наночастиц на основе высокозамещенного 2-гидроксипропил-β-циклодекстрина.

Изобретение относится к области нанотехнологии. Способ получения нанокапсул рибофлавина в оболочке из альгината натрия осуществляют физико-химическим методом осаждения нерастворителем, при этом рибофлавин диспергируют в суспензию альгината натрия в изопропаноле в присутствии препарата Е472с.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул флавоноидов шиповника. Указанный способ характеризуется тем, что флавоноиды шиповника диспергируют в суспензию альгината натрия в бензоле в присутствии препарата Е472с при перемешивании, затем приливают хлороформ, полученный осадок отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом флавоноиды шиповника и альгинат натрия берут в соотношении 1:3, 1:1 или 5:1.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для выделения углеродистого материала, содержащего наночастицы, из потоков отходящих технологических газов электролитического производства алюминия.
Изобретения относятся к химической промышленности и нанотехнологии. Углеродные волокна наматывают на плоскую или круглую вращающуюся шпулю и с двух сторон и изнутри подвергают нейтронному облучению.

Изобретение предназначено для химической промышленности и медицины и может быть использовано при изготовлении фильтрующих элементов, адсорбентов, носителей катализаторов, материалов для восстановления костной ткани.
Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения наночастиц никеля, покрытых слоем углерода, сухие лепестки китайской розы, пропитанные водным раствором хлорида никеля, подвергают термическому разложению в вакууме 10-1 мбар.

Изобретение относится к получению нанокристаллических порошков химических соединений и может быть использовано для производства радиационно-защитных, фотокаталитических, сцинтилляционных материалов.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии для эндопротезирования межфаланговых и пястно-фаланговых суставов. Эндопротез межфалангового сустава содержит центральную часть, выполненную из эластичного материала с внутренней полостью, и внутрикостные фиксаторы, выполненные из пористого инертного материала.

Изобретение может быть использовано при изготовлении катализаторов, анодов для производства алюминия, процессоров, электронных устройств для хранения данных, датчиков биомолекул, деталей автомобилей и самолётов, спортивных товаров. Сначала получают бинепрерывную микроэмульсию, содержащую, по меньшей мере, 15 ммоль каталитических металлических наночастиц со средним размером 1-100 нм, при этом отклонение размера частиц от среднего менее 10%. Затем полученную бинепрерывную микроэмульсию приводят в контакт с подложкой, выбранной так, чтобы она не вступала в непреднамеренную реакцию с активным металлическим катализатором во время нагревания и чтобы металлический катализатор мог катализировать целевую реакцию синтеза углеродных нанотрубок путём химического осаждения из паровой фазы газообразного источника углерода. Полученные кристаллические углеродные нанотрубки и/или сетки из кристаллических углеродных нанотрубок характеризуются высокой механической прочностью, химической стойкостью, улучшенной электропроводностью и диэлектрической проницаемостью. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл., 9 пр.
Наверх