RU2341472C1 - Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей - Google Patents
Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341472C1 RU2341472C1 RU2007107960/03A RU2007107960A RU2341472C1 RU 2341472 C1 RU2341472 C1 RU 2341472C1 RU 2007107960/03 A RU2007107960/03 A RU 2007107960/03A RU 2007107960 A RU2007107960 A RU 2007107960A RU 2341472 C1 RU2341472 C1 RU 2341472C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- nanocrystals
- pbse
- lead selenide
- zno
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к составам стекол с нанокристаллами селенида свинца (PbSe) и может быть использовано в лазерной технике в качестве просветляющих фильтров - насыщающих поглотителей для лазеров, работающих в ближней ИК области спектра. Формирование в стекле наночастиц размером от 1,2 до 10 нм с распределением по размерам, близким к монодисперсному, достигается в результате вторичной термообработки стекла, близкой к температуре стеклования. Техническая задача изобретения - формирование наночастиц селенида свинца размером от 3 до 10 нм, характеризующихся высокой концентрацией и, узким распределением по размерам, для обеспечения спектрального поглощения и просветления в ближней ПК области спектра от 1 до 3 мкм. Заявляемое стекло включает компоненты при следующих их соотношениях, мас.%: P2O5 45-55, Ga2О3 14-30, Na2O 15,5-16,5, ZnO 3,5-6,1, NaF 1,3-2,0, AlF3 1,0-2,6, PbF2 0,3-2,0, PbSe 2,4-2,8. 2 табл.
Description
Изобретение относится к составам стекол, содержащих нанокристаллы (квантовые точки) селенида свинца размером меньше радиуса экситона Бора (46 нм), для лазерной техники и предназначено для использования в качестве просветляющих сред твердотельных пассивных затворов для лазеров, излучающих в ближней ИК области спектра (1-3 мкм)
Для стекол, содержащих квантовые точки селенида свинца PbSe, характерен квантоворазмерный эффект, который проявляется в сдвиге края фундаментального поглощения в сторону коротких длин волн по сравнению с объемным кристаллом и ведет к появлению структурированного спектра, связанному с дискретизацией валентных подзон и зоны проводимости. Насыщение (уменьшение) поглощения в области резонансных переходов между уровнями валентных подзон и зоны проводимости, прежде всего первого экситонного перехода, наименьшего по энергии, при интенсивном световом воздействии используется в пассивных затворах лазеров для формирования импульсов излучения наносекундной, пикосекундной длительностей [I.Kang, F.W.Wise Electronic structure and optical properties of PbS and PbSe quantum dots // J. Opt. Soc.Am. В. - 1997. - V.14. - P.1632-1646].
Управляя размерами нанокристаллов PbSe, можно плавно смещать положение полосы поглощения, соответствующей первому экситонному переходу в широком спектральном диапазоне, тем самым смещая рабочую длину волны пассивного затвора (насыщающего поглотителя), используя для этой цели одно и то же стекло с PbSe, подвергнутое разной термической обработке. Пассивный затвор, выполненный из такого стекла, при малой интенсивности падающего света имеет высокий коэффициент поглощения в области первого экситонного перехода PbSe нанокристалла, т.е. затвор закрыт. При высокой интенсивности резонансного возбуждения коэффициент поглощения значительно снижается и наступает эффект насыщения поглощения-просветления - затвор открыт и излучение лазера выходит наружу.
Известен ряд технических решений по получению просветляющих фильтров (насыщающих поглотителей на основе стеклообразных систем).
В патенте РФ №2269492, кл. С03С 10/02, 0.8.07.2004 предложено боросиликатное стекло с нанокристаллами сульфида свинца для просветляющих фильтров в ближней ИК области спектра. Недостатком предложенного стекла является низкая концентрация серы, сохранившаяся в стекле после завершения синтеза, что приводит к большим временам и высоким по сравнению с температурой стеклования температурам роста нанокристаллов. Так для формирования наночастицы 4,9 нм необходима выдержка в течение 10 часов при Т=523°С, что на 100°С превышает Tg.
Известен способ получения боросиликатного стекла сходного состава, содержащего PbS-квантовые точки [V.S.S.Reynoso, К.Yukimitu, Т.Nagavi, C.L.Carvalho. Synthesis and growth of PbS semiconductor quantum nanocrystallits into SiO2-B2O3-Na2O-ZnO glass matrix // J. of Materials Science Leters. - 2002. - V.56. - P.424-428]. Показано, что для боросиликатных стекол характерен рост нанокристаллов по нуклеационному механизму на третьей стадии - коалесценции. Это фундаментальная закономерность объективно приводит к увеличению полуширины полосы первого экситонного пика (FWHM) и нарушению резонансного поглощения. Постулируется необходимость для уменьшения FWHM традиционной для получения ситаллов двухстадийной методики роста PbS нанокристаллов.
Наиболее близким к предлагаемому стеклу с нанокристаллами PbSe по технической сущности и достигаемому результату является стекло, содержащее (мас.%) SiO2 58-65; Na2O 10-15; ZnO 5-17; Al2О3 0.5-5; PbO 3-6; RO 0-15; F 1-3,5; S 0-3; Se 0-3; S+Se 1-3, где RO: BeO, 0-5; MgO 0-5; CaO 0-15; SrO 0-10; BaO 0-10 [патент США №5449645, кл. С03С 10/02, 12.0.9.1005 (прототип)]. Формирование нанокристаллов PbSe в указанном стекле происходит в процессе его термической обработки в две стадии для получения системы с меньшим разбросом по размерам: первая стадия - 450-550°С (вблизи температуры стеклования), вторая стадия - при температурах 550-650°С. Стекло содержат нанокристаллы PbSe или PbS. Оказалось, что концентрация нанокристаллов PbSe, сформированных в силикатной матрице, мала по сравнению с PbS, и все результаты относятся к стеклам с нанокристаллами PbS. Известное стекло содержит нанокристаллы PbS размером 7-30 нм, что соответствует спектральному диапазону 1,6-2,2 мкм.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение спектрального поглощения и просветления, а также расширение спектрального диапазона рабочих длин волн 1-3 мкм за счет формирования в стеклянной матрице высоких концентраций нанокристаллов PbSe с размерами от 3 до 10 нм, характеризующихся распределением по размерам, близким к монодисперсному.
Для решения поставленной задачи предлагается стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей (просветляющих фильтров) в ближней ИК области спектра, включающее оксид натрия Na2O, оксид цинка ZnO, фторид свинца PbF2, дополнительно содержащщее селенид свинца PbSe, оксид фосфора Р2O5, оксид галлия Ga2O3, фторид натрия NaF, фторид алюминия AlF3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: P2O5 45-55, Ga2O3 14-30, Na2O 15,5-16,5 ZnO 3,5-6,1, NaF 1,3-2, AlF3 1-2,6, PbF2 0,3-2,0, PbSe 2,4-2,8. Количественное сочетание указанных компонентов в предлагаемом составе стекла позволяет сформировать в стеклообразной матрице квантовые точки PbSe от 3 до 10 нм, обеспечить спектральное поглощение и просветление в коротковолновой области спектра и, таким образом, создать новый материал для насыщающих поглотителей (просветляющихся фильтров - твердотельных пассивных затворов), с помощью которых можно осуществить генерацию наносекундных и сверхкоротких импульсов на длинах волн 1-3 мкм в лазерах, используемых для медицины, волоконно-оптических линий связи и дистанционного зондирования атмосферы.
При исследовании известного уровня техники не было выявлено стекол, содержащих нанокристаллы PbSe, такого химического состава, как заявляемое стекло, для решения указанной задачи, и поэтому предлагаемое стекло обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленно применимо.
Синтез стекла осуществляли в электрической печи с силитовыми нагревателями при температуре 1000-1150°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 40 минут. Синтез осуществляли в стеклоуглеродных тиглях по методике "тигель в тигле" для предотвращения изменения химического состава стекла, в частности, улета из шихты летучих селена и фтора.
В качестве сырьевых материалов для приготовления шихты используют ортофосфорную кислоту Н3PO4 (ОСЧ), углекислый натрий Na2CO3 (ХЧ), фторид натрия NaF (ОСЧ), оксид галлия Ga2O3 (ОСЧ), оксид цинка ZnO (ОСЧ), селенид свинца PbSe (ХЧ), фторид свинца PbF2 (ОСЧ), фторид алюминия AlF3 (ОСЧ). Жидкую шихту первоначально выдерживали при температуре 200-300°С в течение 30-50 минут с целью обезвоживания, затем температуру поднимали до максимальной и проводили синтез в закрытом тигле.
Из готовой стекломассы методом отлива на стеклоуглеродную пластину получали исходные образцы стекла, которые отжигали в муфельной печи при температуре 400-410°С с целью снижения внутренних напряжений.
Для формирования нанокристаллов PbSe полученные бесцветные прозрачные образцы стекла подвергали вторичной температурной обработке в электрической печи с минимальным градиентом температур при 420-450°С в течение 10-180 минут. Варьируя температурно-временной режим роста, получали нанокристаллы размером 3-10 нм, что заметно меньше радиуса экситона Бора для PbSe (46 нм)
Анализ рентгенограммы стекла, прошедшего термообработку, подтвердил наличие в стеклянной матрице нанокристаллов PbSe, сформированных в результате термической обработки. Постоянная решетки, а=6.12 А, соответствует PbSe.
Конкретные составы предлагаемых стекол, а также их спектральные характеристики в сравнении со стеклом-прототипом приведены в таблицах 1 и 2.
Составы, находящиеся за пределами заявляемой области, не могут быть использованы в указанных целях, т.к. при их термообработке формируются нанокристаллы, характеризующиеся или широким распределением по размерам или малой концентрацией.
В таблице 2 указаны размеры наночастиц PbSe, сформированных в стеклах в результате термообработки, а также приведены спектральные положения первого экситонного пика поглощения. Данные таблицы 2 показывают, что заявляемые стекла содержат нанокристаллы PbSe с размерами от 3 до 10 нм, во всем диапазоне размером сохраняется распределение по размерам, близкое к монодисперсному. Высокий уровень пересыщения переохлажденной жидкости приводит к осуществлению роста по механизму спинодального распада, что приводит к значительно более быстрому росту нанокристаллов, при заметно меньших температурах чем нанокристаллов PbS в прототипе. Предлагаемое стекло является единственной стеклообразной матрицей, в которой формируются нанокристаллы PbSe с размерами от 3 до 10 нм, что позволяет расширить спектральный диапазон рабочих длин волн 1-3 мкм.
Claims (1)
- Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей в ближней ИК области спектра, включающее оксид натрия Na2O оксид цинка ZnO, фторид свинца PbF2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит селенид свинца PbSe, оксид фосфора Р2О5, оксид галлия Ga2O3, фторид натрия NaF, фторид алюминия AlF3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Р2O5 45-55 Ga2O3 14-30 Na2O 15,5-16,5 ZnO 3,5-6,1 NaF 1,3-2,0 AlF3 1,0-2,6 PbF2 0,3-2,0 PbSe 2,4-2,8
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007107960/03A RU2341472C1 (ru) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007107960/03A RU2341472C1 (ru) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007107960A RU2007107960A (ru) | 2008-09-10 |
RU2341472C1 true RU2341472C1 (ru) | 2008-12-20 |
Family
ID=39866560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007107960/03A RU2341472C1 (ru) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2341472C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD241Z (ru) * | 2009-12-29 | 2011-03-31 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Способ получения наночастиц PbS стабилизированных желатином |
MD242Z (ru) * | 2010-01-26 | 2011-03-31 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Способ получения гидрофильных нанокристаллов PbS |
RU2485062C1 (ru) * | 2011-10-18 | 2013-06-20 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров |
RU2579056C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-03-27 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Люминесцирующая наностеклокерамика |
-
2007
- 2007-03-02 RU RU2007107960/03A patent/RU2341472C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD241Z (ru) * | 2009-12-29 | 2011-03-31 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Способ получения наночастиц PbS стабилизированных желатином |
MD242Z (ru) * | 2010-01-26 | 2011-03-31 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Способ получения гидрофильных нанокристаллов PbS |
RU2485062C1 (ru) * | 2011-10-18 | 2013-06-20 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров |
RU2579056C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-03-27 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Люминесцирующая наностеклокерамика |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007107960A (ru) | 2008-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11629091B2 (en) | Transparent, near infrared-shielding glass ceramic | |
TWI811252B (zh) | 玻璃陶瓷與玻璃 | |
Lin et al. | Oxyfluoride glass-ceramics for transition metal ion based photonics: broadband near-IR luminescence of nickel ion dopant and nanocrystallization mechanism | |
RU2341472C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей | |
CN102153283B (zh) | 一种PbSe量子点掺杂光纤材料的制备方法 | |
RU2579056C1 (ru) | Люминесцирующая наностеклокерамика | |
DE102008007871B4 (de) | Photostrukturierbares Glas für optische Bauelemente, daraus hergestelltes photostrukturiertes Glaselement sowie Verwendungen und Verfahren zur Herstellung des Glases und des Glaselements | |
Han et al. | Infrared photoluminescence from lead sulfide quantum dots in glasses enriched in sulfur | |
Xia et al. | Effect of Al2O3 on the formation of color centers and CdSe/Cd1− xZ nxSe quantum dots in SiO2–Na2O–ZnO glasses | |
CN105293906A (zh) | 一种CdTe量子点掺杂玻璃及其制备方法 | |
CN105884191B (zh) | 一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃及其制备方法 | |
Marzouk et al. | Luminescent, semiconducting, thermal, and structural performance of Ho 3+-doped lithium borate glasses with CaF 2 or MgF 2 | |
RU2412917C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для просветляющихся фильтров ближней ик области спектра | |
Lei et al. | Enhanced defect emission of TiO2-doped transparent glass-ceramics embedding ZnO quantum dots with optimized heat-treatment schedule | |
CN105198213B (zh) | 一种近红外发光碲量子点掺杂红色玻璃及制备方法 | |
Dai et al. | Broadband NIR luminescence of Bi-doped Li2O-Al2O3-SiO2 glass-ceramics | |
Kolobkova et al. | Specific features of the formation of oxyfluoride glass-ceramics in the SiO 2-PbF 2-CdF 2-ZnF 2-Al 2 O 3-Er (Eu, Yb) F 3 system | |
RU2380806C1 (ru) | Стеклокристаллический материал для пассивного лазерного затвора и способ его получения | |
Vytykáčová et al. | THE EFFECT OF ZINC CONTENT ON THE ENHANCEMENT Er3+–Yb3+ LUMINESCENCE PROPERTIES IN THE SILICATE GLASS MATRIX | |
RU2269492C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами сульфида свинца для просветляющихся фильтров в ближней ик области спектра | |
RU2485062C1 (ru) | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров | |
Shasmal et al. | Remarkable photoluminescence enhancement and tuning in Eu/CdS co-doped chloroborosilicate glass-ceramics | |
Hewak | Non-toxic sulfide glasses and thin films for optical applications | |
Mat Jan et al. | Thermal and photoluminescence properties of Nd3+ doped tellurite nanoglass | |
RU2592303C1 (ru) | Стеклокристаллический материал для пассивного затвора лазера, работающего в безопасной для зрения области спектра, и способ его получения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140303 |