Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол. %: SiO2 41.5-43.5; YbF3 1.0-2.5; PbO 12.0-14.5; PbF2 32.5-35.0; CdF2 7.0-7.5; Tb2O3 1.0-1.5 и Tm2O3 0.1-0.4. Техническая задача изобретения - создание прозрачной люминесцирующей нанофазной стеклокерамики, осуществляющей ап-конверсионное преобразование инфракрасного излучения в видимое сине-зеленое при снижении температур синтеза и термической обработки стекла. Область применения - оптоэлектроника, фотоника, лазерное приборостроение. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам, а именно к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике, соактивированной ионами редкоземельных элементов (РЗЭ), и способу ее синтеза. Предлагаемая стеклокерамика соактивирована тремя ионами РЗЭ: тербием, тулием, иттербием и предназначена для использования в качестве ап-конверсионных люминофоров, осуществляющих эффективное преобразование инфракрасного лазерного излучения (~960 нм) в видимое, соответствующее синей и зеленой области диаграммы цветности по стандарту CIE 1931. Такие материалы могут также найти применение в визуализаторах инфракрасного излучения, диодных лампах, цветных дисплеях, волоконных лазерных системах и в устройствах, содержащих солнечные батареи для увеличения их эффективности.

Прозрачную оксифторидную наностеклокерамику получают на основе оксифторидного стекла, активированного редкоземельными ионами, путем термической обработки. В процессе термообработки исходного стекла в стеклянной матрице формируются 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 оксидной матрицы стекла.

Известна люминесцирующая стеклокерамика, содержащая в мол. %: 42SiO2; 26Al2О3; 21LiF; 11YbF3, активированная 0,1EuF3 или TbF3 [1]. Для получения наностеклокерамики стекло указанного состава синтезируют при температуре 1400°С и подвергают термической обработке при температуре 630°С, в результате чего в матрице стекла формируются нанокристаллы LiYbF4, содержащие ионы Eu3+ или Tb3+, обусловливающие люминесценцию в красной и зеленой видимой области спектра соответственно. Недостатком данной стеклокерамики является высокотемпературный режим ее синтеза и отсутствие синего свечения.

Известна прозрачная оксифторидная стеклокерамика, соактивированная ионами тербия Tb+3 и иттербия Yb+3, состава в мол. %: 47.4 SiO2; 19 Al2O3; 28,4 CaF3; 2TbF3; 3.2 YbF3 [2]. Получение известной стеклокерамики также требует высоких температур синтеза (1400°С) и термической обработки (660°С) исходного стекла, что повышает энергозатраты на ее производство.

Наиболее близким к предлагаемому составу люминесцирующей стеклокерамики по технической сущности и достигаемому результату является люминесцирующая оксифторидная стеклокерамика (взята за прототип), которая содержит в мол. %: 47.4SiO2; 19Al2O3; 28.4CaF2; xTbF3; 0.1TmF3; 3.2YbF3; (2-х) GdF3, где x=0.05; 0.1; 0.2; 0.5 [3]. Температура синтеза исходного стекла 1400°С, температура термической обработки, при которой происходит выделение нанокристаллической фазы CaF2, составляет 650°С. Стеклокерамика-прототип характеризуется синей, зеленой и красной люминесценцией, однако технология ее получения предполагает совместное присутствие в спектре люминесценции и красного, и синего, и зеленого свечения. Для получения синего и зеленого монохромного излучения в данной стеклокерамике необходимо использовать светофильтры, которые бы осуществляли селекцию излучения с необходимыми цветовыми характеристиками. Кроме того, данная стеклокерамика также синтезируется по высокотемпературному режиму.

Техническая задача изобретения - создание прозрачной нанофазной стеклокерамики, осуществляющей ап-конверсионное преобразование инфракрасного излучения в видимое сине-зеленое при снижении температур синтеза и термической обработки стекла.

Поставленная задача достигается тем, что люминесцирующая наностеклокерамика включает SiO2, YbF3 и отличается тем, что дополнительно содержит PbO, PbF2, CdF2, Tb2O3 и Tm2О3 при следующем соотношении компонентов, мол. %: SiO2 41.5-43.5; YbF3 1.0-2.5; PbO 12.0-14.5; PbF2 32.5-35.0; CdF2 7.0-7.5; Tb2O3 1.0-1.5 и Tm2O3.0.1-0.4. Количественное соотношение указанных компонентов и дополнительное содержание PbO, PbF2, CdF2, Tb2O3 и Tm2O3 позволяют обеспечить сине-зеленое свечение, снизить температуру синтеза стекла на 500°С, температуру термической обработки на 250°С и создать новую ап-конверсионно люминесцирующую наностеклокерамику для люминофоров сине-зеленой видимой области спектра.

Из источников информации люминесцирующая наностеклокерамика с данным соотношением компонентов и дополнительным содержанием PbO, PbF2, CdF2, Tb2О3 и Tm2О3 для решения указанной задачи неизвестна и нами предлагается впервые.

В качестве сырьевых материалов для синтеза стекла используют диоксид кремния (аморфный), оксид свинца, фторид свинца, фторид кадмия марки «хч», фторид иттербия, оксиды тербия и тулия (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 в воздушной атмосфере при температуре 900±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 350°С для снятия внутренних напряжений.

Ап-конверсионно люминесцирующую наностеклокерамику получают путем кристаллизации исходного стекла. Термическую обработку стекла осуществляют при температуре 400°С в течение 15, либо 45 ч. В процессе термической обработки исходного стекла в стеклянной матрице формируются нанокристаллы фторида свинца, содержащие редкоземельные ионы Tb, Tm и Yb (Tb, Tm, Yb:PbF2). Средний размер кристаллов составляет 5-10 нм. Варьированием длительности термообработки исходного стекла без изменения его химического состава можно управлять и плавно перестраивать цветовые характеристики люминесценции стеклокерамики от синего до зеленого свечения.

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 при термообработке теряют свою прозрачность.

Свойства стеклокерамик

Изобретение поясняется чертежом.

Фиг. 1 - Спектр ап-конверсионной люминесценции предлагаемой наностеклокерамики при возбуждении на длине волны излучения 960 нм.

На фиг. 1 представлен спектр ап-конверсионной люминесценции исходного стекла и термообработанного при температуре 400°С и разной длительности прогревания 15 ч и 45 ч. Изменение режима термообработки стекла, а именно его продолжительности, приводит к перераспределению интенсивностей полос ап-конверсионной люминесценции наностеклокерамик, что обусловливает изменение ее цветовых характеристик от синего к зеленому.

Преимуществом заявляемой стеклокерамики является значительно более низкие температуры синтеза и термической обработки исходного стекла, что снижает энергозатраты на ее получение, а также позволяет получить синее и зеленое монохромное излучение.

Таким образом, прозрачная оксифторидная наностеклокерамика предлагаемого состава способна преобразовывать инфракрасное лазерное излучение в видимое и обладает интенсивной ап-конверсионной синей и зеленой люминесценцией, что дает возможность эффективно использовать ее для люминофоров синей и зеленой области спектра.

Источники информации

1. Optical spectroscopy of Eu3+ and Tb3+ doped glass ceramics containing LiYbF4 nanocrystals / Chen Daqin, et al // Appl. Phys. Lett. 94, 041909, 2009.

2. Intense ultraviolet emission from Tb3+ and Yb3+ codoped glass ceramic containing CaF2 nanocrystals / Lihui Huang, et al // Appl. Phys. Lett. 90, 131116, 2007.

3. Upconversion Luminescence with Adjustable Multi-Color in Rare Earth Co-Doped Transparent Oxyfluoride Glasses / Z. Song, et al // Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO) - IEEE, 2012. - P. 1-3 (прототип).

Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика, включающая SiO2, YbF3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит PbO, PbF2, CdF2, Tb2O3 и Tm2O3 при следующем соотношении компонентов, мол. %:

SiO2 41,5-43,5
YbF3 1,0-2,5
PbO 12,0-14,5
PbF2 32,5-35,0
CdF2 7,0-7,5
Tb2O3 1,0-1,5
Tm2O3 0,1-0,4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика содержит, мол.

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных) и усилителей лазерных импульсов сверхкороткой длительности, генерирующих в ближней инфракрасной области спектра.

Изобретение относится к люминесцентным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении квантового выхода люминесценции стекол с переходными металлами.

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.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика содержит, мол.
Стекло // 2634595
Изобретение относится к составу стекла. Техническим результатом является повышение коэффициента преломления стекла.

Группа изобретений относится к области производства литиево-силикатной стеклокерамики, способам получения и применения такой стеклокерамики. Способ изготовления литиево-силикатной стеклокерамики, включающей: оксид четырехвалентного металла, выбранный из ZrO2, TiO2, СеО2, GeO2, SnO2 и смесей таковых, по меньшей мере, 12,1 массовых % Li2O, от 0 до менее 0,1 массового % La2O3, от 0 до менее 1,0 массового % K2О и от 0 до менее 2,0 массовых % Na2O, содержит этапы, на которых: (a) исходное стекло, включающее компоненты стеклокерамики, подвергают термической обработке при температуре в 480-520°С в течение 10-30 мин для формирования стекла с зародышами, которые являются пригодными для формирования кристаллов дисиликата лития, и (b) стекло с зародышами подвергают термической обработке при температуре в 640-740°С для формирования стеклокерамики с дисиликатом лития в качестве основной кристаллической фазы, причем продолжительность второй термической обработки на стадии (b) составляет 10-60 мин.

Стекло // 2631716
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления труб для прокладки кабеля и других изделий.

Стекло // 2631714
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к технологии цветного стекла, которое может быть использовано, например, для изготовления посуды, художественных изделий. Зеленое стекло содержит, мас.%: SiO2 64,6-66,3; СаО 4,3-7,0; MgO 0,5-1,5; Na2O 11,0-15,0; K2O 0,5-1,0; Pr2O3 3,5-4,2; Cr2O3 0,2-0,4; В2O3 9,0-11,0.

Изобретение относится к люминесцирующим стеклокерамикам. Технический результат – получение стеклокерамики, обладающей люминесценцией в видимой и ближней ИК области, стабильностью свойств, повышенной механической прочностью.

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 составам хрустального стекла хрустального стекла. Технический результат – увеличение показателя светопреломления.

Стекло // 2574230
Изобретение относится к стеклу для изготовления аморфных мелкодисперсных наполнителей, в частности стеклянных микросфер, как полых, так и монолитных. Такие наполнители могут быть использованы в различных отраслях промышленности: строительной, химической, авиационной, лакокрасочной.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика содержит, мол.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол. : SiO2 41.5-43.5; YbF3 1.0-2.5; PbO 12.0-14.5; PbF2 32.5-35.0; CdF2 7.0-7.5; Tb2O3 1.0-1.5 и Tm2O3 0.1-0.4. Техническая задача изобретения - создание прозрачной люминесцирующей нанофазной стеклокерамики, осуществляющей ап-конверсионное преобразование инфракрасного излучения в видимое сине-зеленое при снижении температур синтеза и термической обработки стекла. Область применения - оптоэлектроника, фотоника, лазерное приборостроение. 2 табл., 1 ил.

Наверх