RU2627371C2 - Оптический композиционный материал и способ его обработки - Google Patents

Оптический композиционный материал и способ его обработки Download PDF

Info

Publication number
RU2627371C2
RU2627371C2 RU2014133761A RU2014133761A RU2627371C2 RU 2627371 C2 RU2627371 C2 RU 2627371C2 RU 2014133761 A RU2014133761 A RU 2014133761A RU 2014133761 A RU2014133761 A RU 2014133761A RU 2627371 C2 RU2627371 C2 RU 2627371C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite material
radiation
optical
curve
irradiation
Prior art date
Application number
RU2014133761A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014133761A (ru
Inventor
Игорь Викторович Багров
Иннана Михайловна Белоусова
Дмитрий Александрович Виденичев
Валерий Михайлович Волынкин
Владимир Васильевич Данилов
Сергей Константинович Евстропьев
Валерий Михайлович Киселев
Иван Михайлович Кисляков
Анастасия Сергеевна Панфутова
Антон Арнольдович Рыжов
Артем Игоревич Хребтов
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный оптический институт имени С.И. Вавилова" (АО "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный оптический институт имени С.И. Вавилова" (АО "ГОИ им. С.И. Вавилова") filed Critical Акционерное общество "Государственный оптический институт имени С.И. Вавилова" (АО "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority to RU2014133761A priority Critical patent/RU2627371C2/ru
Publication of RU2014133761A publication Critical patent/RU2014133761A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2627371C2 publication Critical patent/RU2627371C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G21/00—Compounds of lead
    • C01G21/21—Sulfides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/10—Metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D139/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D139/04—Homopolymers or copolymers of monomers containing heterocyclic rings having nitrogen as ring member
    • C09D139/06—Homopolymers or copolymers of N-vinyl-pyrrolidones

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к оптико-механической и электронной промышленности, а точнее к технологии получения композиционных материалов, содержащих полупроводниковые частицы, для оптических и электронных приборов и комплексов. Материал включает суспензию наночастиц сульфида свинца в водно-спиртовом растворе, нитрат металла и поливинилпирролидон. Также описан способ обработки материала, который включает облучение материала электромагнитным излучением с длинами волн 455-635 нм и последующую выдержку при комнатной температуре без облучения в течение 0,1-24 ч. Технический результат заключается в разработке композиционного материала, обладающего высокими нелинейно-оптическими и спектрально-люминесцентными характеристиками в видимом и ближнем ИК спектральном диапазоне, а также в разработке высокопроизводительного способа обработки материала, не требующего специального технологического оборудования. 2 н.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к оптико-механической и электронной промышленности, а точнее к технологии получения композиционных материалов, содержащих полупроводниковые частицы, для оптических и электронных приборов и комплексов.
Современные композиционные материалы, содержащие полупроводниковые частицы, используются в качестве нелинейно-оптических ограничителей лазерного излучения, а также в качестве люминесцентного материала для оптоэлектроники, лазерной техники и медицины.
Исследованию процессов нелинейно-оптического ограничения лазерного излучения и разработке специальных материалов для оптических ограничителей посвящено большое количество научных статей и патентов.
К числу важных технических требований к материалу для оптического ограничителя следует отнести: минимальные потери излучения в области линейного пропускания, низкий энергетический порог ограничения, высокий коэффициент ослабления в режиме ограничения, высокое быстродействие и лучевая прочность, широкая спектральная область функционирования ограничителя [1].
Известен (патент РФ 2399940) нелинейно-оптический композит содержит наночастицы с полупроводниковым ядром и металлической оболочкой, ядро наночастицы изготовлено из полупроводника с глубокими примесными уровнями в запрещенной зоне, причем энергетический зазор между дном зоны проводимости и примесными уровнями не превышает энергию фотонов рабочего спектрального диапазона композита. В качестве конкретных примеров нелинейно-оптических композитов в этом патенте описаны материалы, состоящие из полиметилметакрилата, содержащего: а) наночастицы оксида цинка размером 40-45 нм, имеющие покрытие из серебра толщиной 7 нм; или б) наночастицы HgO размером 70-75 нм с оболочкой из серебра толщиной 3 нм.
Известен нелинейно-оптический композиционный материал для оптического ограничения лазерного излучения в видимой и ближней ИК области спектра, включающий металлоорганические комплексы на основе поливинилпирролидона [2]. Описанные в этой статье результаты показали, что нелинейное поглощение этим материалом в видимой части спектра играет существенную роль в оптическом ограничении, однако в ближней ИК области спектра (λ=1,06 мкм) нелинейное поглощение отсутствует.
Известен нелинейно-оптический композиционный материал, представляющий собой стабильную суспензию наночастиц металлического серебра и сульфида серебра [3]. В качестве стабилизирующего компонента в составе суспензии в этой работе использовался поливинилпирролидон.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому материалу и способу его получения является композиционный материал, описанный в патенте РФ 2359299. Материал, описанный в этом патенте, включает в себя нанокристаллы AgCl(I) с адсорбированными молекулами красителя малахитового зеленого и малоатомными кластерами серебра, равномерно распределенные в матрице из поливинилового спирта. Плотность нанокристаллов в полимере составляет 0.2-0.4 г/см3. Концентрация молекул малахитового зеленого 4⋅10-3-1⋅10-2 г/см3. Уровень линейного пропускания в области работы ограничителя мощности оптического излучения 15%. Для увеличения эффективности нелинейного поглощения излучения на поверхности нанокристаллов AgCl(I) создавались малоатомные кластеры серебра путем облучения нанокристаллов при 77°К с адсорбированными молекулами красителя в поливиниловом спирте ультрафиолетовым излучением с λ=365 нм и плотностью потока 1014 кв/см2⋅с.
В этом патенте показано, что эффективность нелинейно-оптического ограничения в видимой части спектра (λ=630 нм) может быть усилена путем облучения материала ультрафиолетовым светом в результате фотостимулированного создания центров нелинейного поглощения излучения. Наряду с увеличением эффективности нелинейно-оптического ограничения наблюдалось увеличение интенсивности полосы сенсибилизированной люминесценции с максимумом 645 нм. Необходимо отметить, что композиционный материал - прототип, описанный в патенте РФ 2359299, способен эффективно ограничивать мощное лазерное излучение только в видимом спектральном диапазоне, что является его существенным недостатком, так как в настоящее время многие лазерные системы генерируют мощное лазерное излучение в ИК области, где использование материала-прототипа неэффективно. Другим существенным недостатком материала-прототипа является то, что уровень линейного пропускания в области работы ограничителя мощности оптического излучения очень низок (15%). Кроме того, в состав материала входят дорогостоящие соединения серебра, а фотохимическая обработка композита осуществляется при низкой (77 К) температуре, что требует использования специального технологического оборудования.
Для устранения указанных недостатков предлагается изобретение, представляющее собой группу объектов, объединенных единым изобретательским замыслом: оптический композитный материал, оптическое покрытие на его основе и способ обработки композиционного материала.
Задача изобретения: разработка композиционного материала, обладающего высокими нелинейно-оптическими и спектрально-люминесцентными характеристиками в видимом и ближнем ИК спектральном диапазоне. Другой задачей изобретения является разработка высокопроизводительного способа получения и обработки этого материала, не требующего сложного специального технологического оборудования.
В основе использованного нами подхода к выбору химического состава и структуры оптического материала, способного эффективно использоваться в широком спектральном интервале, были положены требования технологичности его получения, высокой стабильности структуры материала и невысокой стоимости исходных компонентов, высокие нелинейно-оптическими свойства и прозрачность в широком спектральном диапазоне.
В качестве одного из компонентов материала, обеспечивающего его высокие нелинейно-оптические характеристики, были выбраны наночастицы сульфида свинца. Сульфид свинца (PbS) является полупроводниковым материалом, используемым в инфракрасной технике и оптоэлектронике для изготовления тонкопленочных детекторов, работающих в ИК области спектра. Ширина запрещенной зоны монокристаллического сульфида свинца при температуре 300 К составляет при 0,41-0,42 эВ [4]. Уменьшение размеров кристаллов PbS увеличивает ширину запрещенной зоны материала и позволяет расширить спектральный диапазон детекторов излучения, фотоприемников и приборов ночного видения. В научно-технической литературе такие полупроводниковые частицы получили название «квантовые точки».
Хорошо известно, что квантовые точки сульфида свинца могут обладать высокими нелинейно-оптическими свойствами (например, [5]). При этом в работе [5] было показано, что на нелинейно-оптические поглощение и рассеяние излучения полупроводниковыми наночастицами большее влияние, чем их размер и форма, может оказать химическое взаимодействие с окружающей их средой.
Поэтому проблеме целенаправленного выбора химического компонента, который, с одной стороны, стабилизировал бы наночастицы сульфида свинца и обеспечивал бы их высокие нелинейно-оптические свойства, а с другой, сам увеличивал бы нелинейно-оптические свойства композиционного материала. В качестве такого химического компонента нами был выбран поливинилпирролидон (ПВП). В работе [6] было показано, что ПВП способен стабилизировать в растворе наночастицы сульфида свинца. Кроме того, необходимо отметить, что органические полимеры, такие как ПВП, обладающие сопряженными π-связями, часто характеризуются высокими значениями нелинейной восприимчивости и поэтому их применение в нелинейно-оптических элементах может быть перспективным.
Одним из основных механизмов, определяющих нелинейное ослабление излучения жидкими суспензиями, является его рассеяние на микроскопических газовых пузырьках, формирующихся под действием мощного излучения в облучаемых областях материала за счет его частичного испарения. Величина этого рассеяния зависит как от количества этих пузырьков, их размеров и формы, так и от разницы в показателях преломления газовых пузырьков и окружающего эти пузырьки материала. Поэтому одними из возможных путей оптимизации ограничивающих свойств материала являются:
1) целенаправленное влияние на процессы образования газовых пузырьков в материале под действием мощного лазерного излучения,
2) корректировка состава нелинейно-оптического материала с учетом разницы в показателях преломления формирующихся пузырьков и окружающей их среды.
Включение в состав материала термически разлагаемых, с образованием газовой фазы, компонентов может способствовать образованию пузырьков в облучаемой области под действием мощного лазерного излучения. Примером таких химических соединений являются термически разлагаемые соли металлов - нитраты, хлораты, ацетаты и др.
Однако необходимо отметить, что область температурной стабильности таких термически разлагаемых соединений должна полностью покрывать рабочий температурный диапазон эксплуатации нелинейно-оптического ограничителя, т.е. применяемый компонент должен быть термически стабильным и иметь малую упругость паров в температурном интервале от -40°С до 50°С. Этому требованию не удовлетворяют многие термически разлагаемые соединения, используемые при получении нелинейно-оптических материалов. Так, широко используемые при синтезе ([6]) полупроводниковых наночастиц ацетаты металлов за счет частичного гидролиза в присутствии воды формируют уксусную кислоту, давление паров которой велико уже при 20°С и резко возрастает с увеличением температуры. Это ограничивает возможность введения таких соединений в состав материала нелинейно-оптических ограничителей.
Среди химических соединений, имеющих низкую упругость паров и термически стабильных в рабочем температурном диапазоне (-40°С - 50°С), но термически разлагаемых при более высоких температурах, достигаемых в облучаемых областях материалов под действием мощного лазерного излучения, следует выделить нитраты.
Известно использование нитрата свинца для получения наночастиц PbS ([7]). В этой работе изготовление суспензии сульфида свинца осуществлялось из жидкой смеси, содержащей сульфид натрия, тиомочевину, поливиниловый спирт и нитрат свинца при контролируемом смешении компонентов. Химическая реакция, лежащая в основе синтеза сульфида свинца из сульфида натрия и нитрата свинца, описывается следующим уравнением:
Figure 00000001
Одним из продуктов химической реакции (1) является нитрат натрия, стабильный в рабочем температурном диапазоне (-40°С - 50°С), но термически разлагаемый при более высоких температурах, достигаемых в облучаемых областях материалов под действием мощного лазерного излучения.
Кроме того, композиционный материал может содержать нитрат свинца, не прореагировавший с сульфидом натрия. Ионы свинца Pb2+ обладают высокими значениями ионной рефракции [8]. Поэтому их введение в состав композиционного материала увеличивает его показатель преломления. Соответственно, разница в показателях преломления газовых пузырьков, образующихся при прохождении мощного лазерного излучения и окружающей их среды, возрастает, что увеличивает индуцированное рассеяние излучения.
Использование поливинилпирролидона в качестве компонента разработанного композиционного материала обусловлено его способностью значительно увеличивать однородность оптических покрытий [9].
Достигнутые нами технические результаты иллюстрируются конкретными примерами.
Конкретный пример №1 изготовления и определения свойств разработанного композиционного материала и сравнения со свойствами композиционного материала, изготовленного из известного коммерчески доступного продукта
В качестве исходных материалов для получения сульфида свинца нами были использованы водные растворы нитрата свинца и сульфида натрия. На первом этапе синтеза смешивают раствор нитрата свинца с раствором поливинилпирролидона (молекулярный вес Ms=1300000) в изопропиловом спирте. Затем к полученной смеси при перемешивании постепенно добавляют раствор сульфида натрия. В основе процесса синтеза наночастиц сульфида свинца была положена химическая реакция (1). Химический состав использованных нами растворов приведен в табл. 1.
Для сравнения был изготовлен композиционный материал, содержащий нанокристаллы сульфида свинца в виде коммерчески доступного порошкообразного продукта фирмы «Mesolight» (США). Порошок был тщательно диспергирован в четыреххлористом углероде при помощи ультразвуковой обработки. Полученная суспензия содержала ~2 10-6 моль/л PbS (суспензия №9), представляла собой прозрачную однородную жидкость желтовато-коричневого цвета.
Измерения нелинейного пропускания материалов выполнялись на специальной сертифицированной установке. При измерениях в видимой части спектра в качестве источника излучения использовалась вторая гармоники Nd:YAG-лазера с длиной волны 532 нм, длительностью импульса 7 нс и диаметром пучка 8 мм. Фокусирующая система, в которую помещался образец, представляла собой однократный телескоп, состоящий из двух линз с фокусными расстояниями по 37 мм.
На рис. 1 приведен спектр поглощения материала №1 (Табл. 1). Приведенные данные свидетельствуют о наличии существенного светоослабления в УФ и видимой части спектра, однако на кривой отсутствуют какие-либо отчетливо видимые полосы поглощения. В ИК области спектра наблюдаются полосы поглощения, в диапазоне 1200 нм и 1400-1600 нм, связанные с присутствием в составе композиционного материала пропанола-2.
На рис. 2 приведены кривые ограничения лазерного излучения на длине волны λ=1,06 мкм для суспензии №1 (Табл. 1). Из приведенных данных видно, что порог оптического ограничения для разработанного нами композиционного материала №1 составляет 2⋅10-4 Дж.
Исследование методом z-сканирования суспензии №1 (табл. 1) с открытой и закрытой апертурами позволило определить значения показателя нелинейного преломления γ и коэффициента двухфотонного поглощения β на длине волны λ=1540 нм. Значения этих величин составили β=4.2⋅10-9 см/Вт и γ=-3.4⋅10-13 см2/Вт.
Конкретный пример №2 определения люминесцентных свойств композиционного материала, а также его дополнительной обработки
Образцы композиционного материала были получены по методике, описанной в Примере 1.
Для возбуждения фотолюминесценции материала использовалось излучение синего светодиодов HPR40E - 43K100B (максимум полосы излучения 465 нм; полуширина полосы 20 нм) мощностью ~1 Вт/см2 и HPR40E-43KR (максимум полосы излучения 625 нм, полуширина полосы 20 нм) мощностью ~1 Вт/см2. Для измерения спектров люминесценции использовался спектрометр SDH-IV (SOLAR Laser Systems, Республика Беларусь).
Для фотообработки материала использовалось излучение синего светодиодов HPR40E – 43K100B (максимум полосы излучения 465 нм; полуширина полосы 20 нм) мощностью ~100 мВт/см2 и HPR40E-43KR (максимум полосы излучения 625 нм, полуширина полосы 20 нм) мощностью ~100 мВт/см2. Таким образом, спектральный диапазон светового излучения, используемого для фотообработки составлял 455-635 нм (с учетом полуширин полос возбуждающего излучения).
На рис. 3 представлены спектры фотолюминесценции (возбуждение синим светодиодом) суспензий №1-4 (табл. 1) через 30 минут после их синтеза. На приведенных кривых наблюдаются максимумы в области 1050-1200 нм. Полоса люминесценции наночастиц сульфида свинца в этом спектральном диапазоне наблюдалась ранее в [10]. Образцы суспензий №1-4 (табл. 1) различаются соотношением воды и раствора ПВП в изопропиловом спирте, но характеризуются одинаковым содержанием сульфида свинца и нитрата свинца. Из спектров, приведенных На рис. 3 видно, что небольшое замещение водой раствора ПВП практически не оказывает влияние на спектр фотолюминесценции и лишь замена водой большей части раствора ПВП приводит к существенному уменьшению интенсивности люминесценции.
На рис. 4 представлены спектры фотолюминесценции материала №6 (табл. 1) после его синтеза и последующей выдержки при комнатной температуре. Приведенные данные показывают, что стабилизация структуры суспензии и ее люминесцентных свойств происходит в течение 24 часов.
После этой выдержки материал, достигший стабилизации, подвергался обработке при комнатной температуре электромагнитным излучением синего светодиода в течение 0,1 часа, а затем выдерживался в темноте при комнатной температуре. На рис. 5 приведены спектры люминесценции материала после его облучения и последующей темновой выдержке. Из рисунка видно, что облучение материала приводит к увеличению интенсивности его фотолюминесценции. Происходящее под действием УФ облучения увеличение интенсивности фотолюминесценции материалов, содержащих наночастицы, отмечалось ранее в патенте РФ 2359299 (наночастицы AgCl/Ag) и [10] (наночастицы PbS). В этой работе было показано, что под действием излучения Ar+ лазера (λ=514,5 нм) мощностью 10-20 мВт происходило уменьшение или увеличение интенсивности фотолюминесценции наночастиц сульфида свинца.
Однако в этих работах не отмечалось увеличение интенсивности люминесценции при последующей темновой выдержке материала. Возрастание интенсивности люминесценции материала при длительной выдержке после его фотовозбуждения наблюдалось ранее в макроскопических образцах анодно окисленного пористого кремния [11].
На рис. 6 приведены спектры люминесценции композиционного материала, измеренные после его фотообработки излучениями синего (рис. 5) и красного (рис. 6) фотодиодов и последующей выдержке в темноте при комнатной температуре. Приведенные данные свидетельствуют о том, что фотообработка излучением как синего, так и красного фотодиодов приводит к увеличению люминесцентных свойств композиционного материала. Последующая выдержка в течение 0,1-24 часов при комнатной температуре в обоих случаях приводит к дополнительному существенного увеличению интенсивности люминесценции. Сопоставление результатов измерений, приведенных на рис. 5 и 6, показывают, что спектральный состав излучения, используемого для фотообработки, оказывает существенное влияние на спектр люминесценции обработанного композиционного материала. Это определяет дополнительные возможности управления люминесцентными характеристиками разработанного материала.
Конкретный пример №3 (сравнительный) изготовления и определения свойств композиционного материала
Для сравнения со свойствами разработанного материала были изготовлены два композиционных материала, содержащие вместо раствора поливинилпирролидона в пропаноле-2 водный раствор полимера Pluronic® F-127 (фирма «BASF», Германия) и имеющие химический состав, указанный в табл. 2. Методика изготовления композиционных материалов была аналогична описанной в Примере 1.
Раствор №1 (табл. 2) после смешения компонентов был мутным и неоднородным и содержал видимые глазом темные частицы. Можно предположить, что входящий в состав материала полимер Pluronic® F-127 в недостаточной степени стабилизирует структуру суспензии и наблюдается формирование макроскопических частиц сульфида свинца.
Раствор №2 (табл. 2), содержащий значительно более низкую концентрацию сульфида свинца был визуально однороден и имел слабо-желтоватую окраску. Проведенные измерения показали отсутствие люминесценции этим раствором под действием излучения синего фотодиода HPR40E - 43K100B (максимум полосы излучения 465 нм; полуширина полосы 18 нм) мощностью ~1 Вт/см2.
Таким образом, этот пример показывает, что замена раствора поливинилпирролидона в пропаноле-2 на водный раствор полимера Pluronic® F-127 не позволяет получить стабильный композиционный материал с люминесцентными свойствами.
Конкретный пример №4 (сравнительный) изготовления и определения свойств композиционного материала
Для сравнения со свойствами разработанного материала был изготовлен композиционный материал, по химическому составу близкий к материалу №1 (табл. 1), но в котором вместо пропанола-2 была использована вода (раствор №5, табл. 1). Методика изготовления композиционных материалов была аналогична описанной в Примере 1.
Полученный материал представлял собой однородный прозрачный раствор красно-коричневого цвета.
Для возбуждения фотолюминесценции материала использовалось излучение синего светодиодов HPR40E-43K100B (максимум полосы излучения 465 нм; полуширина полосы 18 нм) мощностью ~1 Вт/см2. Для измерения спектров люминесценции использовался спектрометр SDH-IV (SOLAR Laser Systems, Республика Беларусь).
На рис. 7 представлен спектр люминесценции раствора №5 (табл. 1). Приведенные данные свидетельствуют о том, что по сравнению со спектром люминесценции материала №1 (табл. 1) наблюдается перераспределение интенсивности полос люминесценции и значительное уменьшение интенсивности люминесценции материала. Это позволяет сделать вывод о том, что для формирования композиционного материала с более высокими люминесцентными свойствами целесообразно использовать смеси пропанола-2 с водой, описанные в Примере 1.
Конкретный пример №5 изготовления покрытий из композиционного материала и определения их свойств
Из приготовленных суспензий на поверхность щелочносиликатного стекла («Menzel-Glazer», артикул №02 1102) методом окунания при комнатной температуре были нанесены покрытия, толщина которых составляла 0,1-0,5 мкм. После нанесения покрытий образцы подвергались сушке при температуре 70°С в течение 3 часов. Такая методика обеспечивала получение тонких однородных, механически прочных покрытий с обоих стороны стеклянной подложки. По химическому составу полученное покрытие представляет собой пленку поливинилпирролидона с внедренными в ее структуру наночастицами сульфида свинца.
Для возбуждения фотолюминесценции материала использовалось излучение синего светодиодов HPR40E - 43K100B (максимум полосы излучения 465 нм; полуширина полосы 18 нм) мощностью ~1 Вт/см2. Для измерения спектров люминесценции использовался спектрометр SDH-IV (SOLAR Laser Systems, Республика Беларусь).
На основании измерений спектров пропускания исходного стекла и стекла с покрытием был определен спектр поглощения сформированного покрытия. На рис. 8 представлен спектр поглощения сформированного покрытия. Из рисунка видно, что в спектре пропускания покрытия наблюдаются полосы поглощения с максимумами около 330; 415; 655 и 1550 нм.
На рис. 9, кривая 1 приведен спектр фотолюминесценции твердого покрытия, полученного из раствора №1 (табл. 1). В спектре покрытия наблюдаются полосы люминесценции, аналогичные наблюдавшимся в жидких суспензиях, описанных в примере 1.
Облучение сформированного покрытия осуществлялось в течение 1 часа излучением светодиода HPR40E - 43K100B (максимум полосы излучения 465 нм; полуширина полосы 18 нм) мощностью 100 мВт/см2. На рис. 9 приведены спектры люминесценции исходного покрытия (кривая 1), после его фотообработки (кривая 2) и последующей выдержке в темноте при комнатной температуре (кривые 3, 4). Приведенные данные свидетельствуют о том, что фотообработка и последующая темновая выдержка покрытия, сформированного из разработанного материала, также позволяет увеличить люминесцентные свойства покрытия.
ЛИТЕРАТУРА
1. О.Б. Данилов, В.А. Климов, О.П. Михеева, А.И. Сидоров, С.А. Тульский, Е.Б. Шадрин, И.Л. Ячнев «Оптическое ограничение излучения среднего ИК-диапазона в пленках диоксида ванадия», ЖТФ, 2003, т. 73, вып. 1, с. 79-85.
2. Р.А. Ганеев, А. И. Реснянский, М.К. Кодиров, Ш.Р. Камалов, В.А. Ли, Р.И. Тугушев, Т. Усманов «Нелинейно-оптические характеристики и оптическое ограничение в водных растворах поливинилпирролидона, допированного кобальтом.» - ЖТФ, 2002, т. 72, №8, с. 58-63.
3. Sun Ya-Ping, Riggs J.E., Rollins H.W., Guduru R. «Strong Optical Limiting of Silver-Containing Nanocrystalline Particles in Stable Suspensions». - Journal of Physical Chemistry B, 1999, v. 103, №1, pp. 77-82.
4. W.W. Scanlon «Recent Advances in the Optical and Electronic Properties of PbS, PbSe, PbTe and their Alloys". - Journal Physics and Chemistry of Solids, 1959, v. 8, pp. 423-428.
5. L. Bolotin, D.J. Asunskis, A.M. Jawaid, Yaoming Liu, P.T. Snee, L. Hanley «Effects of surface chemistry and shape on nolinear absorption, scattering and refraction of PbSe nanocrystals» - SPIE Proceedings, vol. 7935, Organic Photonic Materials and Devices XIII (February 21, 2011); doi: 10.1117/12.872760.
6. J.D. Patel, Т.K. Chaudhuri «Synthesis of PbS/poly(vinyl-pyrrolidone) nanocomposite» - Materials Research Bulletin, 2009, v. 44, №8, pp. 1647-1651.
7. M. Sasani Ghamsari, M.H. Majles Ara, S. Radimanc, X.H. Zhang «Colloidal lead sulfide nanocrystals with strong green emission». - Journal of Luminescence, 2013, v. 137, pp. 241-244.
8. C.C. Бацанов. «Структурная рефрактометрия», табл. 23, с. 53.
9. К.В. Дукельский, С.К. Евстропьев. Формирование наноразмерных Y2O3:Eu3+-покрытий на поверхности стекол с использованием растворов, содержащих поливинилпирролидон. - Оптический журнал, 2011, т. 78, №11, с. 78-84.
10. Naresh Babu Pendyala, K. S. R. Koteswara Rao «Ion probing with Luminescent PbS quantum dots in PVA». - International Seminar on Science and Technology of Glass Materials (ISSTGM-2009) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2009, vol. 2, 012013: doi:10.1088/1757-899X/2/1/012013.
11. В.Г. Голубев, А.В. Жердев, Г.К. Мороз, А.В. Пацекин, Д.Т. Ян. Сильное фотоиндуцированное увеличение интенсивности люминесценции анодно окисленного пористого кремния. - Физика и техника полупроводников, 1996, т. 30, вып. 5, с. 852-863.
Патенты
1. Данилов О.Б., Белоусова И.М., Сидоров А.И., Виноградова О.П. Нелинейно-оптический композит. - Патент РФ 2399940 (20.09.2010); G02F 1/355.
2. Латышев А.Н., Овчинников О.В., Смирнов М.С., Смирнова A.M., Квашнина Н.В., Леонова Л.Ю., Евлев А.Б., Утехин А.Н. Нелинейно-оптический материал. - Патент РФ 2359299 (20.06.2009).
Figure 00000002
Figure 00000003
Подписи к рисункам
Рис. 1 Спектр поглощения композиционного материала №1 (табл. 1).
Рис. 2 Кривые нелинейно-оптического ограничения суспензий (суспензия №1 в 2 мм кювете (кривая 1); суспензия №1 в 10 мм кювете (кривая 2); суспензия №9 в 10 мм кювете (кривая 3)) наночастиц сульфида свинца, измеренные для длины волны λ=1064 нм.
Рис. 3 Спектры фотолюминесценции (возбуждение синим светодиодом) суспензий №1-4 (табл. 1) через 30 минут после их синтеза. Указанные на вставке номера кривых соответствуют номерам материалов, приведенных в таблице 1.
Рис. 4 Спектры фотолюминесценции материала №5 (табл. 1) (возбуждение синим светодиодом) после его синтеза и последующей темновой выдержке при комнатной температуре. Продолжительность выдержки: 30 мин (кривая 1); 1 час (кривая 2); 3 часа (кривая 3); 24 часа (кривая 4).
Рис. 5 Влияние облучения излучением синего фотодиода и последующей темновой выдержки при комнатной температуре на спектры фотолюминесценции суспензии №6 (табл. 1). Исходный материал №6 после 24-часовой стабилизации (кривая 1); материал после облучения синим светодиодом (кривая 2); материал после облучения и темновой выдержки в течение 4 часов (кривая 3); материал после облучения и темновой выдержки в течение 18 часов (кривая 4); материал после облучения и темновой выдержки в течение 22 часов (кривая 5).
Рис. 6 Сопоставление изменений в спектрах люминесценции композиционного материала после облучения изучением синего и красного светодиодов и последующей темновой выдержки. Исходный материал до облучения (кривая 1); материал после облучения синим светодиодом и последующей темновой выдержки в течение 1 часа (кривая 2); материал после облучения синим светодиодом и последующей темновой выдержки в течение 24 часов (кривая 3); материал после облучения красным светодиодом и последующей темновой выдержки в течение 1 часа (кривая 4); материал после облучения красным светодиодом и последующей темновой выдержки в течение 24 часов (кривая 5).
Рис. 7 Спектр люминесценции композиционного материала №5 (табл. 1).
Рис. 8 Спектр поглощения покрытия, полученного нанесением суспензии №1 (табл. 1) на поверхности щелочносиликатного стекла.
Рис. 9 Спектры люминесценции исходного покрытия (кривая 1), после его фотообработки (кривая 2) и последующей выдержке в темноте при комнатной температуре (кривые 3, 4).

Claims (2)

1. Оптический композитный материал, включающий суспензию наночастиц сульфида металла в водно-спиртовом растворе, нитрат металла и органический полимер, отличающийся тем, что материал содержит в качестве сульфида металла сульфид свинца, а в качестве органического полимера поливинилпирролидон.
2. Способ обработки оптического композитного материала по п.1, включающий облучение материала электромагнитным излучением с длинами волн 455-635 нм и последующую выдержку при комнатной температуре без облучения в течение 0,1-24 ч.
RU2014133761A 2014-08-15 2014-08-15 Оптический композиционный материал и способ его обработки RU2627371C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133761A RU2627371C2 (ru) 2014-08-15 2014-08-15 Оптический композиционный материал и способ его обработки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133761A RU2627371C2 (ru) 2014-08-15 2014-08-15 Оптический композиционный материал и способ его обработки

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014133761A RU2014133761A (ru) 2016-03-10
RU2627371C2 true RU2627371C2 (ru) 2017-08-08

Family

ID=55483820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014133761A RU2627371C2 (ru) 2014-08-15 2014-08-15 Оптический композиционный материал и способ его обработки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2627371C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773522C1 (ru) * 2021-04-02 2022-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Фотолюминесцирующий нетканый материал и формовочный раствор для его получения

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007003516A2 (en) * 2005-07-01 2007-01-11 Cinvention Ag Medical devices comprising a reticulated composite material
RU2359299C1 (ru) * 2007-10-16 2009-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Нелинейно-оптический материал и способ его получения
RU2399940C2 (ru) * 2007-11-21 2010-09-20 ЗАО "Лазерные и оптические системы" Нелинейно-оптический композит
RU2404219C2 (ru) * 2004-12-03 2010-11-20 Констракшн Рисерч Энд Текнолоджи Гмбх Темный плоский элемент с малой теплопроводностью, сниженной плотностью и низким поглощением солнечного излучения

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2404219C2 (ru) * 2004-12-03 2010-11-20 Констракшн Рисерч Энд Текнолоджи Гмбх Темный плоский элемент с малой теплопроводностью, сниженной плотностью и низким поглощением солнечного излучения
WO2007003516A2 (en) * 2005-07-01 2007-01-11 Cinvention Ag Medical devices comprising a reticulated composite material
RU2359299C1 (ru) * 2007-10-16 2009-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Нелинейно-оптический материал и способ его получения
RU2399940C2 (ru) * 2007-11-21 2010-09-20 ЗАО "Лазерные и оптические системы" Нелинейно-оптический композит

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773522C1 (ru) * 2021-04-02 2022-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Фотолюминесцирующий нетканый материал и формовочный раствор для его получения

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014133761A (ru) 2016-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gongalsky et al. Laser-synthesized oxide-passivated bright Si quantum dots for bioimaging
Lin et al. Luminescent manganese-doped CsPbCl3 perovskite quantum dots
Han et al. Enhancing luminescence in lanthanide‐doped upconversion nanoparticles
Sreeja et al. Linear and nonlinear optical properties of luminescent ZnO nanoparticles embedded in PMMA matrix
Hu et al. Femtosecond-laser-induced precipitation of CsPbBr3 perovskite nanocrystals in glasses for solar spectral conversion
Khalfi et al. Effect of deposition time on structural and optical properties of ZnSe thin films grown by CBD method
Bertino et al. Quantum dots by ultraviolet and x-ray lithography
Chen et al. Reversible control of silver nanoparticle generation and dissolution in soda-lime silicate glass through x-ray irradiation and heat treatment
Ganeev et al. Nonlinear optical properties of CdS and ZnS nanoparticles doped into zirconium oxide films
Dominguez et al. Three-photon excitation of an upconversion random laser in ZnO-on-Si nanostructured films
Ovchinnikov et al. Luminescence of colloidal Ag2S/ZnS core/shell quantum dots capped with thioglycolic acid
Malyarevich et al. Nonlinear optical properties of Cu x S and CuInS 2 nanoparticles in sol–gel glasses
Talebi Investigating multicolour photochromic behaviour of AgCl and AgI thin films loaded with silver nanoparticles
Isaeva et al. Influence of Synthesis Conditions on the Photoluminescence of Poly (methyl methacrylate)/(Zn x Cd 1–x) S Compositions
Liu et al. Stimulated emission from CsPbBr 3 quantum dot nanoglass
Zvyagin et al. Nonlinear Optical Properties of Hybrid Associates of Azure A Molecules with Zn 0.5 Cd 0.5 S Colloidal Quantum Dots
Krivenkov et al. Surface ligands affect photoinduced modulation of the quantum dots optical performance
El-Badry et al. Gamma rays induced modifications in the structural, optical and photoemission properties of PVA/TiO2 nanocomposite films
Nouh et al. Optical and Color Modification in Polycarbonate/ZnS-NiO Nanocomposite Films Due to Laser Exposure
US11767259B2 (en) Method of manufacture of copper-doped glasses
Jalili et al. Synthesis, band gap structure and third order non-linear optical properties of zinc tungsten oxide nanocomposite using a single CW laser beam
RU2627371C2 (ru) Оптический композиционный материал и способ его обработки
Isaeva et al. The reaction between cadmium trifluoroacetate and thioacetamide in low-polar organic media
EP1470078B1 (fr) Polymere sol-gel a base d oxyde de titane
Zvaigzne et al. The influence of the quantum dot/polymethylmethacrylate composite preparation method on the stability of its optical properties under laser radiation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170816