Люминесцирующие стекла в системах re2o3-al2o3-b2o3 (Re=Er, Sm, La) Текст научной статьи по специальности «Физика»

9

С 1Ь 6 X Ч в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Na 6 (111)

УДК 666.265.1

Е.Х. Мамаджанова, Н.В. Голубев, Г.Е. Малашкевич*, В.Н. Сигаев

Центр оптического стекла РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *Институт физики им Б.И. Степанова НАНБ, Минск, Беларусь

ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЕ СТЕКЛА В СИСТЕМАХ RE2O3-AI2O3-B2O3 (RE=Er, Sm, La)

In the present work the possibilitv of glass synthesis in RE2O3-AI2O3-B2O3 systems containing erbium, samariuin and lantlianum oxides lias been explored and transparent glasses obtained. Their crystallization behavior and spectral-luminescent properties have been examined. The glass containing 1 mol. % Sin203 is proposed to be promising as an active element of laser transformers of blue and violet radiation in the orange-red diapason of the spectrum.

Исследована возможность получения стекол в алюмоборатной системе с добавками оксидов эрбия, самария и лантана. Получены прозрачные стекла, изучены их кристаллизационные и спектрально-люминесцентные стекла. Предложено стекло, содержащее 1 мол.% оксида самария, перспективное в качестве активного элемента лазерных преобразователей синего и фиолетового излучения в оранжево-красную область спектра.

Концентрационное тушение люминесценции является одной из основных причин, ограничивающих содержание активатора в стекле. Согласно [1] сегрегация редкоземельного элемента (РЗЭ) в кварцевых стеклах, вызывающая тушение люминесценции, становится заметной уже при его концентрации порядка 0,1 мол. %. В промышленных фосфатных Er-Yb стеклах концентрация активатора Ег3+ составляет примерно ту же величину - 1019 см"3 (~ 0.1 мол.% Е12О3). Известно множество исследований люминесценции эрбий-содержащих стекол в различных системах (фосфатных, боратных, алюмоси-ликатных, германатных, теллуритных, оксифторидных и др.), однако проблема минимизации концентрационного тушения люминесценции еще далека от своего решения.

Особый интерес в связи с изложенным выше представляют стекла в системе Ке2Оз-А12Оз-В2Оз. Вблизи границы области стеклообразования этой системы [2] лежит точка, соответствующая стехиометрии хантитоподобного кристалла ЯеА1з(ВОз)4, особенностью структуры которого является очень большое расстояние между РЗ ионами (порядка 0,7 нм) за счет отсутствия общих ионов кислорода между их координационными полиэдрами. Сохранение в той или иной степени хантитоподобного ближнего порядка в стеклах способствовало бы подавлению сегрегации РЗЭ в стеклообразной матрице.

Данная работа представляет собой начальную стадию исследований особенностей синтеза, кристаллизации, физико-химических свойств и люминесценции алюмоборатных стекол, содержащих различные РЗ активаторы. Она посвящена системам RE2O3-AI2O3-B2O3 (RE=Er, Sm, La).

В качестве исходных компонентов для варки стекол использовали Ег203 (осч), Sm203 (осч), La203*3H20 (хч), А1(ОН)3 (чда), Н3В03 (хч). Варку стекол проводили в электрических лабораторных печах сопротивления в платиновых тиглях при температуре 1300°С. Расплав выливали на металлическую плиту.

Система Er2Оз-AhOз-В2Оз. На первом этапе изучали стекла составов, близких к составу кристалла ЕгА1з(ВОз)4, сохраняя отношение

9

С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N0 6(111)

Ег20з/А120з=1/3 и увеличивая содержание стеклообразователя В2О3 от 75 до 95 мол. %. Расплавы при выработке кристаллизовались, и во всех стеклах выделялась фаза АЦВ2О9 ОСРОБ 79-1477). Получить прозрачные стекла,

Температура, оС Длина волны, нм

Рис. 1. Кривые ДТА стекла 15Ег20315А1203 70В203: а - порошок; Ь, с - монолитные образцы (исходный и термообрабо-танный при Т„ в течение 10 ч.

Рис. 2. Спектр люминесценции порошка стекла 15Ег20315А1203 70В203

Значительно улучшить стеклообразующую способность расплава удалось, уменьшив содержание АЬОз за счет увеличения ЕГ2О3, и для состава 15Ег20з'15А120з'70В20з получены прозрачные пластины стекла. По кривым ДТА этого стекла (рис. 1) определена температура стеклования (Тё=705°С).

Длина югаш, нм Длина полны, нм

Рис. 3. Спектры (а) поглощения и (б) люминесценции стекла 18т20314Ьа20315 А120370 В20>

В области температур 940-980°С на кривой ДТА порошкового образца наблюдается широкий экзотермический пик, обусловленный поверхностной кристаллизацией (рис.1,а) фаз ЕгВОз (ТСРББ 74-1935) и ЕгА13(ВОз)4 (■ГСРОБ). На кривых ДТА монолитных образцов (рис.1, Ь и с) признаков кристаллизации не обнаруживается даже после предварительной термообработки при Tg. Из спектра на рис. 2 видно, что данное стекло обнаруживает люминесценцию на длине волны 1,54 мкм, соответствующую переходу 411з/г

9

С lb 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Na 6 (111)

— 4Ii5/2- Отличительной чертой полосы при 1,54 мкм является ее большая полуширина - более 100 нм, превышающая аналогичные значения для фосфатных, теллуритных и борогерманатных стекол. Дальнейшие исследования будут направлены на модифицирование состава стекол катионами близкого к эрбию ионного радиуса с целью подавления эффекта концентрационного тушения и увеличения расстояния Ег-Ег за счет сортового беспорядка.

Система ЗпъОз-Ьа^Оз-АЬОз-В^Оз. Получены стекла составов х8т20з(15-х)ьа20з15в20з70в20з (мол. %), гдех=0.1 - 4, люминесцирующие в оранжево-красной области спектра. Стекла характеризуются высоким квантовым выходом люминесценции (77=95% и 38% при 0,1 и 1 мол. % S1TI2O3 соответственно), относительно высокими коэффициентами ветвления люминесценции в потенциальных «лазерных» переходах 5(¡5 2 —» ()Hi 2 (Хтяк ~ 603 нм) и 5G5/2 —» 6Нэ/2 (^max ~ 650 нм) и значительными эффективными ширинами полос. Из спектра поглощения (рис. За) видно, что люминесценцию такого стекла можно эффективно возбуждать при X ~ 402 и 470 нм.Поскольку стекло состава 18т20з14ьа20з15в20з70в20з характеризуется слабым концентрационным тушением люминесценции и значительным линейным коэффициентом поглощения излучения накачки в абсорбционных полосах активатора при X ~ 402 и 470 нм, оно перспективно в качестве активного элемента при создании лазерных преобразователей синего и фиолетового излучения в оранжево-красную область спектра [3].

Библиографические ссылки

1. Kholodkov A.V. Er3+ ions luminescence in non-fused silicate glasses fabricated by SPCVD/ Kholodkov A.V., Golant K.M. // Optical Materials, 2005. V. 27. Issue 6. P. 1178-1186

2. Chakraborty I.N. Glass formation, properties and structure of Y203-A1203-В20з glasses/ Chakraborty I.N., Rutz H.L., Day D.E. // Journal of Non-Crystalline Solids, 1986. 84. P. 86-92

3. Люминесцирующее стекло / Г.Е.Малашкевич, А.Г.Малашкевич, В.Н. Сигаев, Н.В. Голубев, Е.Х. Мамаджанова, П.Д. Саркисов. Заявка на изобретение № 20091654 от 23.11.2009.

УДК 666.9.017

М.М. Морева, Л.И. Сычева

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

АРМИРОВАНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА СМЕШАННЫМИ ВОЛОКНАМИ

The purpose of the given work is to produce and to study hybrid fibre systems and polymer-cement matrices. It is established, that the improvement in the properties by the combination of the fibres and the polymer latex exceeded the cumulative improvement induced by each of these alone.