Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Наностеклокерамика включает, мол.%: SiO2 34.5-40.0; PbF2 30.0-32.0; CdF2 10.0-12.0; YbF3 1.0-2.0; PbO 16.0-17.0; Eu2O3 1.5-2.5 и Tb2O3 0.5-1.0. Технический результат - создание прозрачной люминесцирующей нанофазной стеклокерамики, осуществляющей ап-конверсионное преобразование инфракрасного излучения в видимое желто-зеленое при снижении температур синтеза и термической обработки исходного стекла. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к оптически прозрачным оксифторидным стеклокерамическим наноматериалам, активированным ионами редкоземельных элементов (РЗЭ), которые характеризуются ап-конверсионной люминесценцией и обладают способностью преобразовывать инфракрасное лазерное излучение в видимую область спектра. Предлагаемая наностеклокерамика соактивирована тремя редкоземельными ионами: европием, тербием, иттербием, и предназначена для использования в качестве ап-конверсионных люминофоров, осуществляющих эффективное преобразование инфракрасного лазерного излучения (~960 нм) в видимое, соответствующее желто-зеленой области диаграммы цветности по стандарту CIE 1931. Такие материалы могут также использоваться в визуализаторах инфракрасного излучения, диодных лампах, цветных дисплеях, волоконных лазерных системах и в устройствах, содержащих солнечные батареи для увеличения их эффективности.

Прозрачные оксифторидные наностеклокерамики получают на основе оксифторидных стекол, активированных редкоземельными ионами, в результате определенного технологического режима термической обработки исходного стекла. В процессе термообработки исходного стекла в стеклянной матрице формируются фторидные нанокристаллы, в кристаллическую решетку которых встраиваются редкоземельные ионы, обусловливающие ап-конверсионную люминесценцию наностеклокерамики.

Известна ап-конверсионно люминесцирующая стеклокерамика, полученная на основе стекла, содержащего в мол. %: 42SiO2; 26Al2O3; 21LiF; 11YbF3 и активированного 0,1EuF3 или TbF3 [1]. Синтез стекла указанного состава осуществляют 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+, обуславливающие люминесценцию в красной и зеленой видимой области спектра соответственно. Недостатком данной стеклокерамики является высокотемпературный режим ее синтеза и термической обработки.

Известна ап-конверсионно люминесцирующая оксифторидная стеклокерамика с нанокристаллами CaF2, соактивированная ионами тербия, тулия и иттербия и содержащая, мол.%: 47.4SiO2; 19Al2O3; 28.4CaF2; xTbF3; 0.1TmF3; 3.2YbF3; (2-x) GdF3, где x=0.05; 0.1; 0.2; 0.5 [2]. Получение известной стеклокерамики также требует высоких температур синтеза (1450°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.%: SiO2 10-60; Al2O3 0-40; Ga2O3 0-40; PbF2 5-60; CdF2 0-60; GeO2 0-30; ТiO2 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, мол.%: SiO2 - 30; Аl2O3 - 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 и отличается от предлагаемой нами иным цветом свечения.

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

Поставленная задача достигается тем, что ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика включает SiO2, PbF2, CdF2, YbF3 и отличается тем, что дополнительно содержит РbО, Еu2O3 и Тb2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: SiO2 34.5-40.0; PbF2 30.0-32.0; CdF2 10.0-12.0; YbF3 1.0-2.0; РbО 16.0-17.0; Eu2O3.1.5-2.5 и Tb2O3 0.5-1.0. Стеклокерамика характеризуется ап-конверсионной люминесценцией в области 590 нм (переход 5D07F1), 610 нм (5D07F2,) и 700 нм (5D07F1), что соответствует желто-зеленой области диаграммы цветности.

Таким образом, количественное соотношение указанных компонентов и дополнительное содержание оксидов РbО, Еu2O3 и Tb2O3 позволяет обеспечить желто-зеленое свечение, снизить температуры синтеза стекла на 150°С и термической обработки на 50°С и создать новую ап-конверсионно люминесцирующую наностеклокерамику для люминофоров желто-зеленой видимой области спектра, а также для функциональных элементов лазерных систем.

Из источников информации люминесцирующая наностеклокерамика с данным соотношением компонентов и дополнительным содержанием РbО, Еu2O3 и Tb2О3 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 европия (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°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 (люминофоры и функциональные элементы для лазерных систем), которые отжигают при температуре 350°С для снятия в стекле внутренних напряжений.

Ап-конверсионно люминесцирующую наностеклокерамику получают путем кристаллизации исходного стекла. Термическую обработку стекла осуществляют при температуре 400°С в течение 6 ч. В процессе термической обработки исходного стекла в стеклянной матрице формируются нанокристаллы фторида свинца (Eu, Tb, Yb:PbF2), в кристаллическую решетку которых встраиваются редкоземельные ионы, обусловливающие ап-конверсионную люминесценцию. Средний размер нанокристаллов составляет 8-10 нм.

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

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

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлены спектры ап-конверсионной люминесценции исходного стекла и термообработанного при температуре 400°С в течение 6 ч. Формирование нанокристаллов (Eu, Tb, Yb:PbF2) в процессе термической обработки стекла приводит к существенному перераспределению интенсивности полос ап-конверсионной люминесценции и обусловливает интенсивное желто-зеленое свечение наностеклокерамики.

Преимуществом заявляемой стеклокерамики является значительно более низкие температуры синтеза и термической обработки исходного стекла, что снижает энергозатраты на ее получение.

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

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. 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.

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

Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика, включающая SiO2, PbF2, CdF2, YbF3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит PbO, Еu2О3 и Тb2О3 при следующем соотношении компонентов, мол. %:

SiO2 34,5-40,0
PbF2 30,0-32,0
CdF2 10,0-12,0
YbF3 1,0-2,0
PbO 16,0-17,0
Eu2O3 1,5-2,5
Tb2O3 0,5-1,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу модифицирования структуры стекла под действием лазерного пучка для формирования люминесцирующих микрообластей. Фосфатное стекло, содержащее ионы серебра, локально облучают фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов в пределах 30-200 нДж, длительностью лазерных импульсов в пределах 300-1200 фс, частотой следования лазерных импульсов в пределах 1-500 кГц.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол.

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 ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол.

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

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.

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 области локализации жидких радиоактивных отходов и может быть использовано в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных растворов и пульп методом цементирования.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Наностеклокерамика включает, мол.: SiO2 34.5-40.0; PbF2 30.0-32.0; CdF2 10.0-12.0; YbF3 1.0-2.0; PbO 16.0-17.0; Eu2O3 1.5-2.5 и Tb2O3 0.5-1.0. Технический результат - создание прозрачной люминесцирующей нанофазной стеклокерамики, осуществляющей ап-конверсионное преобразование инфракрасного излучения в видимое желто-зеленое при снижении температур синтеза и термической обработки исходного стекла. 1 ил., 2 табл.

Наверх