Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома

Использование: для использования при создании твердотельных лазеров, включая волоконные лазеры, и люминесцентных оптических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что оптическая наностеклокерамика с ионами хрома относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав (мол.%): Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2. Технический результат: упрощение технологии изготовления, а также увеличение прозрачности в видимой области спектра. 5 ил.

 

Изобретение относится к оптическому материаловедению и может быть использовано при создании твердотельных лазеров, включая волоконные лазеры, и люминесцентных оптических материалов.

Синтетический монокристалл рубина (Al2O3:Cr3+), генерирующими центрами которого являются ионы Cr3+, является активным элементом наиболее распространенных и мощных импульсных лазеров (Справочник по лазерам / под ред. А.М. Прохорова. В 2-х томах. T.I. - М.: Сов. радио, 1978. - 504 с.). Недостатками этого оптического материала являются дороговизна и высокие требования к чистоте исходных реактивов, высокие температуры синтеза кристаллов - более 2000 градусов, трудоемкий и длительный процесс выращивания кристаллов, а также сложность их дальнейшей обработки из-за высокой твердости.

Известны оптические наностеклокерамики с ионами хрома систем CaO-GeO2-B2O3, CaO-GeO2-Na2B4O7 и CaO-GeO2-LiBO2, содержащие нанокристаллы форстерита с ионами Cr4+ (V.A. Ivanov, D.V. Simanovskiy, М.О. Marychev, P.V. Andreev, I. Koseva, P. Tzvetkov, V. Nikolov. Ca2GeO4:Cr4+ transparent nano-glass ceramics // J. of Non-Crystalline Solids, V. 456 (2017), P. 76-82). Недостатками данных материалов являются высокие температуры синтеза (до 1700°С) и высокие температуры стеклования (950-1500°С), при которых происходит формирование и рост нанокристаллической фазы. Это усложняет изготовление наностеклокерамики и увеличивает ее себестоимость.

Известна оптическая наностеклокерамика с ионами хрома системы SiO2-Al2O3-MgO-K2O, содержащая нанокристаллы форстерита с ионами Cr3+ и Cr4+, выбранная в качестве прототипа (М. Yu. Sharonov, А.В. Bykov, S. Owen, V. Petricevic, and R.R. Alfano. Spectroscopic study of transparent forsterite nanocrystalline glass-ceramics doped with chromium // J. Opt. Soc. Am. В, V. 21, No. 11 (2004), P. 2046-2052). Недостатком данного материала является высокая температура синтеза (1600°С) и высокая температура стеклования (750-900°С), при которой происходит формирование и рост нанокристаллической фазы. Это усложняет изготовление наностеклокерамики и увеличивает ее себестоимость. Недостатком является также то, что часть ионов хрома находится в четырехвалентном состоянии, что уменьшает интенсивность люминесценции в видимой области спектра. Недостатком является также то, что край фундаментальной полосы поглощения наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 500-600 нм, что уменьшает ее прозрачность в видимой области спектра.

Изобретение решает задачи упрощения технологии изготовления оптической наностеклокерамики с ионами хрома, уменьшения ее себестоимости, а также увеличения прозрачности в видимой области спектра.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что оптическая наностеклокерамика с ионами хрома относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав (мол.%): Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2.

Наши эксперименты показали, что в оптической наностеклокерамике системы Li2O-Al2O3-K2O-B2O3-Sb2O3-Cr2O3 ионы хрома находятся в трехвалентном состоянии и входят в состав нанокристаллов Al2O3, как у синтетического монокристалла рубина. Данная оптическая наностеклокерамика синтезируется при температуре 1400-1465°С, а формирование и рост нанокристаллов Al2O3:Cr3+ происходит в процессе термообработки при температуре 580-630°С в течение 20-300 мин.

Достоинствами предлагаемой оптической наностеклокерамики являются меньшие температуры синтеза наностеклокерамики и формирования нанокристаллов Al2O3:Cr3+, по сравнению с прототипом, что упрощает изготовление наностеклокерамики и уменьшает ее себестоимость. Достоинством является также то, что край фундаментальной полосы поглощения наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 250-380 нм, что увеличивает ее прозрачность в видимой области спектра в сравнении с прототипом.

Совокупность признаков, изложенных в формуле, характеризует оптическую наностеклокерамику с ионами хрома системы Li2O-Al2O3-K2O-В2О3-Sb2O3-Cr2O3. Это позволяет упростить технологию изготовления оптической наностеклокерамики с ионами хрома, уменьшить ее себестоимость и увеличить прозрачность в видимой области спектра.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами, где:

на фиг. 1 показана фотография синтезированного исходного стекла с содержанием Cr2O3 0,1 мол.%;

на фиг. 2 показаны фотографии оптической наностеклокерамики с содержанием Cr2O3 0,1 мол.% (а) и 0,15 мол.% (б) после термической обработки, а также монокристалл синтетического рубина (в);

на фиг. 3 показаны фотографии люминесценции оптической наностеклокерамики после термообработки при Т=630°С в течение 20 минут с содержанием Cr2O3 0,15 мол.% (1) и с содержанием Cr2O3 0,1 мол.% (2), а также люминесценция монокристалла синтетического рубина (3). Длина волны возбуждения люминесценции 365 нм.

на фиг. 4 показаны спектры оптической плотности оптической наностеклокерамики с содержанием Cr2O3 0,15 мол.% (4) и монокристалла синтетического рубина (5).

фиг. 5 показаны: спектры люминесценции оптической наностеклокерамики 6, 7 и синтетического монокристалла рубина 8: 6 - спектр люминесценции образца оптической наностеклокерамики после термической обработки с концентрацией Cr2O3 0,1 мол.%, 7 - спектр люминесценции образца стекла после термической обработки с концентрацией Cr2O3 0,15 мол.%, 8 - спектр люминесценции кристалла синтетического рубина. Длина волны возбуждения люминесценции 360 нм.

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

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример 1

Для реализации изобретения синтезируют оптическую наностеклокерамику, содержащую ионы трехвалентного хрома, на основе стекла литий-калий-алюмо-боратной системы со следующим составом (мол.%): Li2O 12,5; Al2O3 25,0; K2O 12,5; B2O3 50,0; Sb2O3 1,0; Cr2O3 0,15.

Для синтеза исходного стекла используют реактивы класса ХЧ и ЧДА. Для создания восстановительных условий при синтезе в состав шихты вводят NH4F⋅HF с концентрацией 2.2 мол.%. Плавление шихты осуществляют при температуре 1400-1465°С в воздушной атмосфере, с перемешиванием расплава платиново-родиевой мешалкой. Синтез производят в корундизовых тиглях. При проведении синтеза используют стандартные варочные печи с отливкой в металлические формы и кварцевые или корундизовые тигли. После синтеза проводят отжиг стекла в муфельной печи от 400°С до комнатной температуры. Фотография литий-калиевоалюмоборатного стекла с ионами хрома показана на фиг. 1. Стекло имеет голубую окраску. Для формирования в стекле нанокристаллов Al2O3 с Cr3+ проводят его термическую обработку. Режим термообработки - 630°С в течение 20 минут. Для термообработки используют муфельную печь с программным управлением. На фиг. 2 показаны фотографии синтезированных оптических наностеклокерамик с содержанием Cr2O3 0,1 мол.% (а) и 0,15 мол.% (б) после термической обработки. Для сравнения на фиг. 2 показан синтетический монокристалл рубина (в). Из фиг. 2 видно, что после формирования в наностеклокерамике нанокристаллов Al2O3:Cr3+, она приобретает красный цвет, характерный для ионов Cr3+ в кристаллической матрице. На фиг. 3 показаны фотографии люминесценции образцов синтезированной оптической наностеклокерамики с содержанием Cr2O3 0,15 мол.% (1) и 0,1 мол.% (2) в сравнении с люминесценцией рубина (3). Из фиг. 3 видно, что интенсивность люминесценции в красной области спектра синтезированных образцов наностеклокерамики сравнима с интенсивностью люминесценции синтетического кристалла рубина. На фиг. 4 показан спектр оптической плотности синтезированной оптической наностеклокерамики 4 в сравнении со спектром оптической плотности синтетического кристалла рубина 5. Спектры оптической плотности регистрировались на спектрофотометре Lambda 650 (Perkin Elmer). Из фиг. 4 видно, что в спектре оптической плотности синтезированной оптической наностеклокерамики присутствуют две полосы поглощения, характерные для ионов Cr3+ в кристаллическом окружении. Спектральные измерения показали, что край фундаментальной полосы поглощения синтезированной наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 250-380 нм. На фиг. 5 показаны спектры люминесценции синтезированной оптической наностеклокерамики. Спектры люминесценции регистрировались на спектрофлуориметре LS 55 (Perkin Elmer). Из фиг. 5 видно, что спектры люминесценции оптической наностеклокерамики ионами хрома 6 и 7 повторяют спектр люминесценции синтетического кристалла рубина. В то же время, основная полоса люминесценции имеет полуширину в три раза меньшую, чем полуширина полосы люминесценции рубина 8.

Таким образом, исходное стекло для наностеклокерамики синтезируют и отжигают при меньших, по сравнению с прототипом, температурах. Формирование нанокристаллов с ионами хрома в стекле также проводится при меньших, по сравнению с прототипом, температурах. Это упрощает технологию синтеза и снижает его себестоимость. Край фундаментальной полосы поглощения синтезированной наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 250-380 нм, что повышает ее пропускание в видимой области спектра, в сравнении с прототипом.

Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома, отличающаяся тем, что относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав (мол.%): Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области композиционных материалов, а именно к материалам, применяемых в медицине, в частности в офтальмологии, для изготовления интраокулярных линз, предназначенных для коррекции зрения после удаления катаракты.

Изобретение относится к получению терморегулирующих покрытий и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение относится к области создания интегральных оптических волноводных микроструктур для прикладного использования в системах получения, обработки и передачи информации по оптическим каналам связи и другим областям науки и техники.

Изобретение относится к оптическим композициям и способу их получения для светоизлучающих устройств. Оптическая композиция содержит прозрачную матрицу, содержащую органические анионные фрагменты и катионы металла, распределенные в матрице.

Использование: для нанесения покрытий на вакуумной установке с линейным источником ионов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют распыление мишени на неподвижную тестовую подложку, получают распределение толщины покрытия по поверхности этой подложки и выполняют контроль толщины во время нанесения покрытия на рабочую подложку, при этом перемещением платформы, на которую устанавливают линейный ионный источник и мишень, совмещают середину линии перегиба поверхностного распределения толщины покрытия с центром вращающейся рабочей подложки, наносят покрытие на подложку и одновременно проводят сквозной контроль оптической толщины покрытия как вдоль оси вращения, проходящей через центр подложки, так и на расстоянии от центра подложки, и по разности сигналов, получаемых от контрольных устройств в центре и на расстоянии от центра подложки, корректируют положение линии перегиба распределения толщины относительно оси вращения подложки перемещением платформы с линейным ионным источником и мишенью в процессе нанесения.

Изобретение относится к устройствам отображения и может быть использовано в устройствах типа шлем-дисплей (HMD). Устройство содержит первое устройство отображения изображения, содержащее световодную пластину, затемнитель и устройство управления светом.

Представленное изобретение относится к изменяемым линзам, заполненным жидкостью, в частности к приспособлениям для них. Исполнительный элемент для линзы, заполненной жидкостью, содержит корпус, который имеет первый и второй торец; резервуар, расположенный внутри корпуса.

Группа изобретений относится к медицине. Офтальмологическое устройство содержит устройство вставки, в котором часть поверхности на устройстве вставки имеет на себе металлические элементы, формирующие метаповерхность.
Изобретение относится к способу получения особо чистых халькогенидных стекол системы германий-селен. Способ включает загрузку компонентов шихты в вакуумированный кварцевый реактор, синтез стеклообразующего расплава, его гомогенизирующее плавление и закалку.

Способ включает предварительный расчет количества слоев пленкообразующих материалов - диоксида циркония и диоксида кремния для длин волн 1,351 мкм и 1,54 мкм и введение рассчитанных данных и длин волн в фотометрическое устройство вакуумной установки, нанесение на одну поверхность подложек и первого контрольного образца зеркального покрытия в виде чередующихся равнотолщинных четвертьволновых слоев пленкообразующих материалов, первый слой выполняют из диоксида циркония, защитный слой - из диоксида кремния, с контролем толщины каждого слоя фотометрическим устройством вакуумной установки по изменению коэффициента пропускания первого контрольного образца на длине волны 1,067 мкм, нанесение на обратную поверхность подложек и поверхность второго контрольного образца слоев пленкообразующих материалов, рассчитанных для другой из указанных длин волн с контролем толщины слоев по изменению коэффициента пропускания второго контрольного образца на длине волны 1,067 мкм.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ получения системы для доставки противоопухолевого препарата в клетки опухоли, включающий смешение в присутствии воды модифицированных полимером наночастиц магнетита, эпитаксиально выращенных на наночастицах золота, с органическим соединением, химически связывающимся с наночастицами и обеспечивающим селективное проникновение наночастиц внутрь клеток опухоли, и водным раствором противоопухолевого препарата с последующим отделением полученных модифицированных наночастиц центрифугированием, отличающийся тем, что в качестве модифицированных полимером наночастиц используют наночастицы, полученные путем нагрева до 120°C в атмосфере инертного газа при перемешивании смеси дифенилового эфира, олеиновой кислоты, олеиламина и 1,2-гексадекандиола, введения в смесь пентакарбонила железа, выдерживания полученной смеси с последующим введением раствора, содержащего смесь тригидрата золотохлористоводородной кислоты и олеиламина в дифениловом эфире, предварительно выдержанного в атмосфере инертного газа, повторного нагрева смеси в атмосфере инертного газа от 120°C до 250°-260°C, выдерживания смеси при 250°-260°C в течение 25-30 мин и ее охлаждения до комнатной температуры, проводимыми в атмосфере инертного газа, выдерживания смеси при комнатной температуре в присутствии воздуха, добавления в смесь одноатомного спирта и отделения наночастиц магнетита центрифугированием, с последующей их обработкой раствором полимера, выбранного из группы, включающей триблок-сополимер, состоящий из центрального блока полипропиленгликоля со степенью полимеризации 56 и двух концевых блоков полиэтиленгликоля со степенью полимеризации 101 каждый, 1,2-дистеароил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин-N-[карбокси(полиэтиленгликоль) - 2000] и триблок-сополимер, состоящий из центрального блока полипропиленгликоля со степенью полимеризации 30 и двух концевых блоков полиэтиленгликоля со степенью полимеризации 78 каждый, в органическом растворителе, затем ультразвуком, с последующим удалением растворителя, введением воды, повторной обработкой ультразвуком и отделением модифицированных наночастиц центрифугированием, в качестве противоопухолевого препарата используют доксорубицин, в качестве органического соединения, обеспечивающего селективное проникновение наночастиц внутрь клеток аденокарциномы предстательной железы человека, используют низкомолекулярный лиганд простатического специфического мембранного антигена, причем наночастицы вначале обрабатывают раствором доксорубицина, затем раствором низкомолекулярного лиганда простатического специфического мембранного антигена.
Изобретение относится в области нанотехнологии и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул розмарина характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используют каррагинан, а в качестве ядра - розмарин, при этом розмарин добавляют в суспензию каррагинана в бутаноле в присутствии 0,01 г Е472с, затем перемешивают при 1300 об/с, после приливают 3 мл бензола, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1 или 1:3.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к обработке металлических порошков для улучшения их термохимических свойств. Может быть использовано для повышения реакционной способности порошков алюминия при горении, спекании, в технологиях порошковой металлургии, 3D печати, а также для активирования процессов синтеза интерметаллидов, процессов горения твердых топлив и пиротехнических составов, взаимодействия с водой и получения водорода.

Изобретение относится к области лазерной медицины и, конкретно, к восстановительной хирургии. Описан биосовместимый наноматериал для лазерного восстановления целостности рассеченных биологических тканей, содержащий водную дисперсионную основу белка альбумина, углеродные нанотрубки и медицинский краситель - индоцианин, отличающийся тем, что в качестве углеродных нанотрубок используют многослойные углеродные нанотрубки и дополнительно содержит бычий белок коллагена при следующем соотношении компонентов, мас.%: альбумин от 15 до 20, многослойные углеродные нанотрубки от 0,02 до 0,2, медицинский краситель - индоцианин от 0,005 до 0,01, бычий белок коллагена в концентрации от 0,3 до 3, дистиллированная вода - остальное.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и может быть использовано для терапии рака молочной железы в виде препарата для внутривенного введения без какого-либо внешнего воздействия (нагревания, действия магнитного поля и т.д.).

Изобретение относится к областям судебной экспертизы и наноструктур, а именно, к выявлению невидимых либо слабовидимых следов пальцев рук, оставленных на различных следовоспринимающих поверхностях на основе ультрадисперсного наноматериала, при проведении идентификации личности человека.

Использование: для управления созданием нанокристаллических структур на основе распознавания их оптических спектров. Сущность изобретения заключается в том, что способ управления созданием нанокристаллических структур на основе распознавания их оптических спектров заключается в регистрации оптического спектра, генерируемого создаваемой нанокристаллической структурой, сравнении оптического спектра с эталонными спектрами и формировании по результатам сравнения сигналов управления, при этом сигналы управления формируют путем повышения или снижения концентраций компонентов, входящих в химический состав нанокристаллической структуры.

Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов, более конкретно к определению термодинамической активности (в дальнейшем активности) компонентов в поверхностном слое наночастицы, находящейся в матрице в бинарной системе в равновесных условиях.

Использование: для нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, после чего дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn(O2C2H3)2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид.
Изобретение относится к области нанотехнологии и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул экстракта хлореллы в альгинате натрия характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используют альгинат натрия, а в качестве ядра - экстракт хлореллы, при этом экстракт хлореллы медленно добавляют в суспензию альгината натрия в петролейном эфире в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, затем перемешивают при 1000 об/мин, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:3, или 1:5, или 1:1.

Использование: для использования при создании твердотельных лазеров, включая волоконные лазеры, и люминесцентных оптических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что оптическая наностеклокерамика с ионами хрома относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав : Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2. Технический результат: упрощение технологии изготовления, а также увеличение прозрачности в видимой области спектра. 5 ил.

Наверх