Люминесцентное фосфатное стекло

Изобретение относится к люминесцентным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении квантового выхода люминесценции стекол с переходными металлами. Люминесцентное фосфатное стекло содержит, мол.%: Na2O – 33, P2O5 – 33, Ag2O – 0,1, Cu2O – 0,1 и ZnO – 33,5. 3 ил.

 

Изобретение относится к люминесцентным материалам и может быть использовано для оптической записи информации, создания волоконных лазеров, волоконных датчиков искры, дозиметров ультрафиолетового и рентгеновского излучения и т.п.

Известны силикатные стекла с ионами серебра, в котором можно создать люминесцентные центры с помощью интенсивного импульсного лазерного излучения [A.I. Ignatiev, D.A. Klyukin, V.S. Leontieva, N.V. Nikonorov, Т.A. Shakhverdov, A.I. Sidorov, Opt. Mater. Express 2015, 5, 1635]. Особенность материала заключается в возможности изменения состояния ионов и молекулярных кластеров серебра с помощью УФ наносекундного лазерного излучения с длиной волны 355 нм и последующей термической обработки. После лазерного облучения в стекле появляются нейтральные молекулярные кластеры серебра, обладающие люминесценцией в оранжевой и зеленой части спектра при возбуждении излучением ближнего УФ диапазона. Недостатком стекла является низкий квантовый выход люминесценции из-за значительного наведенного поглощения стекла в ближней УФ области спектра.

Известны силикатные стекла с добавками ионов серебра, церия и сурьмы, в котором люминесценция появляется после непрерывного УФ излучения с длиной волны 300-325 нм [О.М. Efimov, L.В. Glebov, V.I. Smirnov, U.S. Patent No. 6,673,497, 2004]. Особенность материала заключается в возможности фотоионизации ионов Се3+, обладающих интенсивной полосой поглощения на длине волны 309 нм, с помощью УФ излучения ртутной лампы высокого давления. В результате фотоионизации электроны захватываются ионами Sb5+ и заряженными молекулярными кластерами , переводя их в нейтральное состояние. При последующей термической обработке ионы Sb3+ восстанавливают оставшиеся заряженные молекулярные кластеры серебра. В результате в стекле возникает люминесценция нейтральных молекулярных кластеров серебра с максимумом в оранжевой области спектра и квантовым выходом до 18%. Недостатком стекла является необходимость использования дорогостоящего оксида церия Се2О3 в процессе варки стекла.

Известны люминесцентные фосфатные стекла системы Al2O3-Na2O-Р2О5 с ионами серебра, в которых нейтральные молекулярные кластеры серебра формируются с помощью рентгеновского излучения, выбранные в качестве прототипа [Y. Miyamoto, Y. Takei, Н. Nanto, Т. Kurobori, A. Konnai, Т. Yanagida, A. Yoshikawa, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura, K. Hirao, Y. Nagashima, T. Yamamoto, Radiat. Meas. 2011, 46, 1480]. Особенность данного стекла заключается в усилении люминесценции после облучения рентгеновским излучением с дозой 24,5 Гр. В процессе облучения происходит поглощение части рентгеновского излучения матрицей стекла, сопровождающееся фотоионизацией. При этом образуются свободные электроны, которые могут быть захвачены дефектами матрицы стекла, ионами серебра и заряженными молекулярными кластерами серебра. Недостатком стекла является высокое поглощение стекла в синей области спектра и низкое значение квантового выхода люминесценции.

Изобретение решает задачу повышения квантового выхода люминесценции стекол с переходными металлами для создания эффективных устройств фотоники и оптоинформатики.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что люминесцентное фосфатное стекло содержит Na2O, Р2О5, Ag2O, и дополнительно содержит Cu2O и ZnO при следующем соотношении компонентов, мол. %: 33 Na2O, 33,5 ZnO, 33 P2O5, 0,1 Ag2O, 0,1 Cu2O

Медь и серебро в фосфатном стекле исходно содержатся в виде ионов Cu2+ и Ag+, а также в виде заряженных молекулярных ионов меди и серебра (n=2-4), имеющих низкое значение квантового выхода меньше 5%. При воздействии рентгеновского излучения и термической обработке происходит формирование гибридных нейтральных молекулярных кластеров (Ag-Cu)n за счет восстановления и диффузии ионов переходных металлов в матрице стекла. При этом материал начинает люминесцировать в видимой области, обладая при этом незначительным поглощением. Достоинством предлагаемого материала является то, что после воздействия рентгеновского излучения и термической обработки стекло имеет слабое поглощение в видимой части спектра и при этом обладает интенсивной люминесценцией в видимой области спектра с квантовым выходом 27%.

Совокупность признаков, изложенных в формуле, характеризует материал, представляющий собой стекло с серебром и медью, а не только с серебром, как в прототипе. В отличие от прототипа люминесцентными центрами в данном стекле служат гибридные нейтральные молекулярные кластеры (Ag-Cu)n. Дополнительным достоинством материала является большая его прозрачность в видимой области спектра и высокое, по сравнению с прототипом, значение квантового выхода люминесценции.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг. 1 показаны: (а) фотография фосфатного стекла с гибридными нейтральными молекулярными кластерами (Ag-Cu)n после облучения рентгеновским излучением и термической обработки; (б) фотография люминесценции фосфатного стекла с гибридными нейтральными молекулярными кластерами (Ag-Cu)n при возбуждении излучением 365 нм после облучения рентгеновским излучением и термической обработки.

На фиг. 2 показан спектр люминесценции фосфатного стекла с гибридными нейтральными молекулярными кластерами (Ag-Cu)n при возбуждении излучением 365 нм после облучения рентгеновским излучением и термической обработки.

На фиг. 3 показаны спектры поглощения фосфатного стекла с гибридными нейтральными молекулярными кластерами (Ag-Cu)n до (кривая 1) и после (кривая 2) облучения рентгеновским излучением и термообработки.

Далее сущность изобретения раскрывается на примере, который не должен рассматриваться экспертом как ограничивающий притязания изобретения.

Пример конкретной реализации изобретения.

Синтезируется стекло состава, мол. %: с 33 Na2O, 33,5 ZnO, 33 Р2О5, с добавлением 0,1 AgNO3, 0,1 Cu2O и 0,3 (NH4)2C4H4O6, являющегося восстановителем. Варку стекла проводят при температуре 950°С при помешивании кварцевой мешалкой. После отливки стекло отжигают при температуре 350°С в течение 20 минут и охлаждают до комнатной температуры в течение 6 часов. Стекло отливают в форму или вытягивают в виде волокна. Далее стекло облучают рентгеновским излучением с помощью волнового рентгенфлуоресцентного спектрометра 4200 XRF (ARL PERFORM'X) на длине волны металла Cu Kα - 1,54 с напряжением на трубке 50 кВ, током 50 мА и дозой 2,4 МДж. После облучения рентгеновским излучением стекло термически обрабатывают при температуре 350°С в течение 1 часа. На фиг. 1 показаны фотографии образца после рентгеновского облучения и термической обработки. На фиг. 2 показан спектр люминесценции стекла при возбуждении излучением с длиной волны 370 нм. Полоса люминесценции на длине волны 470 нм относится к гибридным нейтральным молекулярным кластерам (Ag-Cu)n, полоса люминесценции на длине волны 560 нм относится к ионам Cu+. Квантовый выход люминесценции был измерен с помощью интегрирующей сферы C9920-02G (Hamamatsu Photonics) и составил 27%. Для сравнения было сварено фосфатное стекло только с ионами серебра, в соответствии с описанием прототипа. При этом квантовый выход люминесценции такого стекла составил 10%. Фосфатное стекло, содержащее только медь имеет квантовый выход менее 1%. На фиг. 3 показаны спектры поглощения фосфатного стекла с гибридными нейтральными молекулярными кластерами (Ag-Cu)n, из которых видно, что стекло с гибридными нейтральными молекулярными кластерами (Ag-Cu)n обладает незначительным поглощением на длине волны 800 нм, но прозрачно в видимой области спектра. Прототип имеет желтую окраску из-за дефектов матрицы стекла, наводящих поглощение в ближней УФ и синей области спектра

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно увеличить квантовый выход люминесценции стекол с переходными металлами. Дополнительным достоинством материала является уменьшение поглощения в видимой области спектра.

Люминесцентное фосфатное стекло, содержащее, мол.%: 33 Na2O, 33 Р2О5, 0,1 Ag2O, отличающееся тем, что дополнительно содержит 0,1 Cu2O и 33,5 ZnO.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к материалам, прозрачным в видимой области спектра, с высоким поглощением в ИК области спектра. Технический результат – повышение поглощения в ближней ИК-области.

Изобретение относится к технологии новых оптических стеклообразных кварцоидных материалов, обладающих люминесценцией в широком спектральном диапазоне, и может быть использовано в производстве волоконных световодов с лазерной генерацией в инфракрасном спектральном диапазоне и различных устройств на их основе для оптимизации элементов волоконно-оптических линий связи.

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам, которые могут использоваться в качестве активной части конверторов в видимую область спектра УФ излучения солнечно-слепого диапазона.

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.

Изобретение относится к составам оптических стекол, а именно к люминесцирующим стеклам, активированным ионами редкоземельных элементов, в частности ионами европия и иттербия, и предназначено для использования в качестве активной среды в ап-конверсионных лазерах, люминофорах для преобразования инфракрасного лазерного излучения в видимое оранжево-красное.

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционных неорганических материалов для измерения ионизирующего изучения на основе силикатных стекол и стеклокомпозитов, активированных ионами церия, в частности к материалам для регистрации нейтронов.

Изобретение относится к технологии получения люминесцентных стекол на основе силикатных, боросиликатных, боратных стекол и стеклокомпозитов, активированных редкоземельными ионами, в частности ионами Ce, Pr и Eu, для их использования в преобразователях энергии возбуждения в световое излучение видимого или УФ-диапазона.
(57) Изобретение относится к составам оптических стекол и может быть использовано в лазерных системах в качестве активных сред ап-конверсионных лазеров с диодной накачкой, преобразующих инфракрасное лазерное излучение в видимую область, а именно в зеленую область спектра.

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу локальной нанокристаллизации легированных стекол под действием лазерного излучения.

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.

Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть использованы в оптических системах. Оптическое стекло содержит, мас.%: Р2О5 16,0-17,0; BaF2 15,2-16,0; GeO2 53,0-54,0; Al2O3 13,8-15,0.

Изобретение относится к технологии получения лазерного электрооптического стекла и может быть использовано при конструировании лазерных устройств с электрооптическим управлением распространения лазерного излучения в активной среде.
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. .
Изобретение относится к материалам для лазеров, в частности к составам лазерных фосфатных стекол. .

Стекло // 2237028
Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть широко использованы в разных областях науки и техники для остекления различных объектов с сохранением светопрозрачности в период эксплуатации за счет инертности по отношению к действию плесневых грибов.

Изобретение относится к химической отрасли производства стекла, а точнее к вопросам отработки технологических режимов получения шихты для синтеза фосфатных стекол в условиях крупнотоннажного производства.

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано для записи информации и фильтров переменной прозрачности. .

Изобретение относится к области получения фосфатных стекол с низким показателем коэффициента преломления, которые могут быть использованы в оптоэлектронной промышленности.

Стекло // 1604765
Изобретение относится к стеклам с высокой радиационной стойкостью, которые могут быть использованы для изготовления дозиметров. .
Наверх