RU2637676C2 - Фосфатное стекло и способ его получения - Google Patents
Фосфатное стекло и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637676C2 RU2637676C2 RU2015153085A RU2015153085A RU2637676C2 RU 2637676 C2 RU2637676 C2 RU 2637676C2 RU 2015153085 A RU2015153085 A RU 2015153085A RU 2015153085 A RU2015153085 A RU 2015153085A RU 2637676 C2 RU2637676 C2 RU 2637676C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- mixture
- terms
- amount
- sio
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B1/00—Preparing the batches
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2203/00—Production processes
- C03C2203/10—Melting processes
Abstract
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам. Стекло содержит следующие компоненты, мас.%: P2O5 58,00-70,00; K2O 8,50-18,50; Al2O3 7,10-8,90; ВаО 9,80-11,50; B2O3 3,70-5,20; SiO2 1,80-2,30; SnO2 1,10-1,25 Au 0,005-0,02 (сверх 100%). При подготовке шихты проводят синтез золя наночастиц золота Au из золотохлористоводородной кислоты HAuCl4⋅4H2O, глутатиона, тетрагидробората натрия NaBH4 и этилового спирта С2Н5ОН. Полученный золь в количестве 0,005-0,02 мас. % перемешивают с оксидом кремния SiO2 в количестве 1,80-2,30 мас.%, оксидом олова SnO2 в количестве 1,80-2,30 мас.%. Выпаривают смесь в муфельной печи, перетирают смесь в агатовой ступке, перемешивают смесь с карбонатом калия K2CO3, гидроксидом алюминия Al(OH)3, карбонатом бария, борной кислотой Н3ВО3 в кварцевом сосуде, добавляют эту смесь в ортофосфорную кислоту Н3РО4. Варку стекла проводят в одну стадию при температуре 1380-1420°C, далее проводят термообработку полученного стекла в муфельной печи в течение 3-4 ч при температуре 300-350°C. 2 н.п. ф-лы, 1 пр.
Description
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам, которые могут использоваться для визуализации излучения УФ диапазона и в устройствах записи информации, например, при формировании фемтосекундным лазерным излучением люминесцентных нанокластеров золота в объеме стекла.
Известен ряд силикатных и боратных стекол, содержащих в своем составе золото [1-3], в которых золото в стекольную шихту вводится через соль золота HAuCl4, при этом получают бесцветные или окрашенные стекла при выработке. Подобные стекла применяются в качестве фоточувствительных элементов для изготовления декоративных изделий или светофильтров. Однако для создания материалов для визуализации УФ излучения или материалов для устройств записи оптической памяти лазерными импульсами необходимо использовать стекла с высокой оптической однородностью и низкой кристаллизационной способностью. Более того, необходимо получать бесцветные стекла на этапе выработки, последующая термообработка при температурах ниже Tg или обработка лазерным излучением будет стимулировать восстановление ионов золота до атомарного состояния и их агрегацию в нанокластеры золота с размерами до 3 нм. Такие нанокластеры золота в силу их электронного строения проявляют широкополосную рекомбинационную люминесценцию в видимой области спектра (400-600 нм) при возбуждении в УФ диапазоне [4]. Наиболее перспективными стеклами для создания таких материалов являются фосфатные стекла в метафосфатной области составов, отличающиеся низкой кристаллизационной способностью и возможностью получения стекла с высокой оптической однородностью, низкой температурой Tg, отвечающей возможностью последующей термообработки при низких температурах (до 400°C) и использования малого количества лазерных импульсов для формирования нанокластеров золота. Однако известно [5], что при введении золота в фосфатную шихту в виде соли HAuCl4 происходит неконтролируемое полное или частичное окрашивание стекла на этапе выработки, что приводит к невозможности использования таких стекол в качестве визуализаторов УФ излучения или материалов для устройств записи оптической памяти.
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является стекло состава, мас.%: (55-65) P2O5, (8-12) BaO, (10-15) K2O, (1-4) SiO2, (5-10) Al2O3, (2-6) B2O3, (0,1-4,5) Nd2O3 [6]. Данное стекло обладает высокими химическими и механическими свойствами, пригодными для применения в качестве визуализатора и материалов для оптической памяти. Однако недостатком прототипа является отсутствие в составе стекла ионов или наночастиц золота, что делает невозможным получение люминесценции в видимой области спектра при возбуждении в УФ диапазоне, а также делает невозможным идею формирования люминесцирующих нанокластеров в объеме стекла для записи информации. Также недостатком прототипа является наличие в составе стекла ионов неодима Nd3+, приводящих к окрашиванию стекла в розовый цвет на этапе выработки, в то время как для вышеописанных применений требуется получение бесцветного стекла.
Задачей предлагаемого изобретения является создание бесцветного фосфатного стекла, характеризующегося широкополосной люминесценцией в видимой области спектра при последующей термообработке и пригодного для использования в качестве визуализаторов УФ излучения и материалов для устройств записи оптической памяти лазерным излучением.
Поставленная задача решается составом, включающим оксиды фосфора P2O5, кремния SiO2, алюминия Al2O3, бора B2O3, калия K2O и бария BaO и дополнительно включающим оксид олова SnO2 и наночастицы золота Аu при следующем соотношении компонентов, мас.%: (58,00-70,00) P2O5, (8,50-18,50) K2O, (7,10-8,90) Al2O3, (9,80-11,50) BaO, (3,70-5,20) B2O3, (1,80-2,30) SiO2, (1,10-1,25) SnO2, (0,005-0,02) Au (сверх 100%).
Поставленная задача также решается способом получения фосфатного стекла, включающим варку в электрической печи шахтного типа и выработку стекла в блок, что при подготовке шихты проводят синтез золя наночастиц золота Au из золотохлористоводородной кислоты HAuCl4⋅4H2O, глутатиона, тетрагидробората натрия NaBH4 и этилового спирта C2H5OH, перемешивают компоненты оксида кремния SiO2 в количестве 1,80-2,30 мас.%, оксида олова SnO2 в количестве 1,80-2,30 мас.% и синтезированный золь наночастиц золота Au в количестве 0,005-0,02 мас.% в кварцевом сосуде, выпаривают смесь в муфельной печи, перетирают смесь в агатовой ступке, перемешивают смесь с карбонатом калия K2CO3 (в пересчете на 6,50-18,50 мас.% K2O), гидроксидом алюминия Al(OH)3 (в пересчете на 7,10-8,90 мас.% Al2O3), карбонатом бария (в пересчете на 9,80-11,50 мас.% BaO), борной кислотой H3BO3 (в пересчете на 3,70-5,20 мас.% B2O3) в кварцевом сосуде, добавляют эту смесь в ортофосфорную кислоту H3PO4 (в пересчете на 58,00-70,00 мас.% P2O5), варку стекла проводят в одну стадию при температуре 1380-1420°C, далее проводят термообработку полученного стекла в муфельной печи в течение 3-4 ч при температуре 300-350°C.
В результате применения предлагаемого способа возможно получить бесцветное оптическое однородное фосфатное стекло, в котором золото находится в ионном или атомарном виде. Последующая дополнительная термообработка стекла при температуре 300-350°C приводит к формированию нанокластеров золота с размерами до 3 нм и выражается в широкополосной люминесценции в видимой области спектра в диапазоне 375-750 нм при возбуждении в УФ диапазоне 250-280 нм, при этом стекло остается бесцветным.
Пример 1: Способ получения фосфатного стекла состава (мас.%): P2O5 58,0, K2O 18,5, Al2O3 7,1, BaO 9,8, B2O3 3,7, SiO2 1,8, SnO2 1,1, Au 0,005 (сверх 100%). Синтез золя наночастиц золота Аu проводят из 60 мл этилового спирта, 40 мл дистиллированной воды, 0,01 г золотохлористоводородной кислоты, 0,06 г глутатиона, 5 мл 0,2М раствора борогидрида натрия. Проводят смешивание золя наночастиц Au в количестве 0,005 мас.% с компонентами SiO2 в количестве 1,8 мас.% и SnO2 в количестве 1,1 мас.% в кварцевом сосуде в течение 60 мин, выпаривание в муфельной печи при температуре 115°С в течение 60 мин и перетирание в агатовой ступке в течение 15 мин. Затем проводят смешивание этой смеси с карбонатом калия K2CO3 (в пересчете на 18,50 мас.% K2O), гидроксидом алюминия Al(OH)3 (в пересчете на 7,10 мас.% Al2O3), карбонатом бария (в пересчете на 9,80 мас.% BaO), борной кислотой H3BO3 (в пересчете на 3,70 мас.% B2O3) в кварцевом сосуде. Затем добавляют эту смесь в ортофосфорную кислоту H3PO4 (в пересчете на 58,00 мас.% P2O5). Варку стекла проводят в одну стадию в электрической печи шахтного типа при температуре 1420°С с выработкой стекла в блок. Стекло получается бесцветным, коэффициент поглощения k550=0,01 см-1. Последующая дополнительная термообработка стекла при температуре 350°C в течение 4 ч приводит к образованию широкополосной люминесценции в видимой области спектра с максимумом полосы на 551 нм и шириной полосы 206 нм, при возбуждении в УФ диапазоне на длине волны 280 нм.
Пример 2: Способ получения фосфатного стекла по примеру 1, отличающийся тем, что дополнительную термообработку стекла проводят при 300°C в течение 3 ч. Полученное стекло обладает широкополосной люминесценцией в видимой области спектра с максимумом полосы на 553 нм и шириной полосы 213 нм, при возбуждении в УФ диапазоне на длине волны 280 нм.
Пример 3: Способ получения фосфатного стекла по примеру 1, отличающийся составом стекла (мас.%): P2O5 70,0 K2O 6,5, Al2O3 7,10 BaO 9,8, B2O3 3,7, SiO2 1,8 SnO2 1,1, Au 0,02 (сверх 100%). Также отличающийся тем, что варку стекла проводят при температуре 1380°C, дополнительную термообработку стекла проводят при 320°C в течение 3 ч. Полученное стекло обладает широкополосной люминесценцией в видимой области спектра с максимумом полосы на 549 нм и шириной полосы 198 нм, при возбуждении в УФ диапазоне на длине волны 280 нм.
Источники информации
1. United States Patent №2515937 «Фоточувствительное золотое стекло и метод его получения», Стуки С.Д. Дата публикации 18.07.1950.
2. United States Patent №20110057154 «Проводящие стеклометаллические композиции и методы их получения», Джэйн X. Дата публикации 10.03.2010.
3. Chinese Patent №101798179 «Дихроичное стекло с нанозолотом и метод его получения», Дата публикации 11.08.2010.
4. Zheng J. et. al. Different sized luminescent gold nanoparticles. // Nanoscale. 2012. №4. C. 073-4083.
5. Сигаев B.H. и др. Синтез оксидных оптически однородных стекол, содержащих наночастицы золота. Спектральные и нелинейно-оптические свойства. // Стекло и керамика. 2013. №4. С. 5-40
6. Патент РФ №2426701 «Оптическое фосфатное стекло», Саркисов П.Д., Сигаев В.Н., Голубев Н.В., Савинков В.И. Дата публикации 20.08.2011.
Claims (3)
1. Фосфатное стекло, включающее компоненты Р2О5, K2O, Al2O3, BaO, В2О3, SiO2, отличающееся тем, что дополнительно введен оксид олова SnO2 и золь наночастиц золота Au при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
2. Способ получения фосфатного стекла по п. 1, включающий варку в электрической печи и выработку стекла в блок, отличающийся тем, что при подготовке шихты проводят синтез золя наночастиц золота Au из золотохлористоводородной кислоты HAuCl4⋅4H2O, глутатиона, тетрагидробората натрия NaBH4 и этилового спирта С2Н5ОН, перемешивают компоненты оксида кремния SiO2 в количестве 1,80-2,30 мас.%, оксида олова SnO2 в количестве 1,80-2,30 мас.% и синтезированный золь наночастиц золота Au в количестве 0,005-0,02 мас.% в кварцевом сосуде, выпаривают смесь в муфельной печи, перетирают смесь в агатовой ступке, перемешивают смесь с карбонатом калия K2CO3 (в пересчете на 8,50-18,50 мас.% K2O), гидроксидом алюминия Al(OH)3 (в пересчете на 7,10-8,90 мас.% Al2O3), карбонатом бария (в пересчете на 9,80-11,50 мас.% ВаО), борной кислотой Н3ВО3 (в пересчете на 3,70-5,20 мас.% В2О3) в кварцевом сосуде, добавляют эту смесь в ортофосфорную кислоту Н3РО4 (в пересчете на 58,00-70,00 мас.% Р2О5), варку стекла проводят в одну стадию при температуре 1380-1420°C, далее проводят термообработку полученного стекла в муфельной печи в течение 3-4 ч при температуре 300-350°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015153085A RU2637676C2 (ru) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Фосфатное стекло и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015153085A RU2637676C2 (ru) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Фосфатное стекло и способ его получения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015153085A RU2015153085A (ru) | 2017-06-16 |
RU2637676C2 true RU2637676C2 (ru) | 2017-12-06 |
Family
ID=59068104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015153085A RU2637676C2 (ru) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Фосфатное стекло и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637676C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2036172C1 (ru) * | 1993-01-15 | 1995-05-27 | Производственное объединение "Лыткаринский завод оптического стекла" | Оптическое стекло |
US7294594B2 (en) * | 2003-02-18 | 2007-11-13 | Nippon Electric Glass Co., Ltd. | Glass composition |
RU2426701C1 (ru) * | 2010-02-03 | 2011-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Оптическое фосфатное стекло |
RU2500059C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-11-27 | Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Лазерное фосфатное стекло |
RU2554961C1 (ru) * | 2014-05-08 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Фосфатное стекло для поглощающих оболочек дисковых активных элементов |
-
2015
- 2015-12-10 RU RU2015153085A patent/RU2637676C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2036172C1 (ru) * | 1993-01-15 | 1995-05-27 | Производственное объединение "Лыткаринский завод оптического стекла" | Оптическое стекло |
US7294594B2 (en) * | 2003-02-18 | 2007-11-13 | Nippon Electric Glass Co., Ltd. | Glass composition |
RU2426701C1 (ru) * | 2010-02-03 | 2011-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Оптическое фосфатное стекло |
RU2500059C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-11-27 | Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Лазерное фосфатное стекло |
RU2554961C1 (ru) * | 2014-05-08 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Фосфатное стекло для поглощающих оболочек дисковых активных элементов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015153085A (ru) | 2017-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abdelghany et al. | Optical and FTIR structural studies of CoO-doped sodium borate, sodium silicate and sodium phosphate glasses and effects of gamma irradiation-a comparative study | |
Xu et al. | Na2CaSn2Ge3O12: a novel host lattice for Sm3+-doped long-persistent phosphorescence materials emitting reddish orange light | |
Wang et al. | Sunlight activated long-lasting luminescence from Ba5Si8O21: Eu2+, Dy3+ phosphor | |
Dantelle et al. | Effect of CeF3 addition on the nucleation and up-conversion luminescence in transparent oxyfluoride glass− ceramics | |
ElBatal et al. | Optical and FTIR spectra of NdF3-doped borophosphate glasses and effect of gamma irradiation | |
Ehrt | Zinc and manganese borate glasses–phase separation, crystallisation, photoluminescence and structure | |
CN108349786B (zh) | 用于制备具有SiO2作为主晶相的玻璃和玻璃陶瓷的方法 | |
Pisarska et al. | Energy transfer from Tb3+ to Eu3+ in lead borate glass | |
Zou et al. | Structure, long persistent luminescent properties and mechanism of a novel efficient red emitting Ca2Ga2GeO7: Pr3+ phosphor | |
de Pablos-Martín et al. | Crystallization and up-conversion luminescence properties of Er3+/Yb3+-doped NaYF4-based nano-glass-ceramics | |
Fernández-Rodríguez et al. | Processing and luminescence of Eu/Dy-doped Sr2MgSi2O7 glass-ceramics | |
Kashif et al. | Judd–Ofelt and luminescence study of Dysprosium-doped lithium borosilicate glasses for lasers and w-LEDs | |
Eslami et al. | Synthesis and spectral properties of Nd-doped glass-ceramics in SiO2-CaO-MgO system prepared by sol-gel method | |
Fernández-Rodríguez et al. | Silicate-based persistent phosphors | |
Szpikowska-Sroka et al. | Technological aspects for Tb3+-doped luminescent sol–gel nanomaterials | |
Talewar et al. | Broadband excited Nd3+ NIR emission in Sr5 (PO4) 3Cl: Eu2+, Nd3+ phosphor for solar spectral modification | |
Ehrt | Photoactive glasses and glass ceramics | |
RU2637676C2 (ru) | Фосфатное стекло и способ его получения | |
Guérineau et al. | The influence of potassium substitution for barium on the structure and property of silver-doped germano-gallate glasses | |
Dhavamurthy et al. | Optical characteristics of Eu3+ doped alumino borophosphate glass containing Al3+, Zn2+, Li2+, Sr2+ and Ba2+ ions | |
Rivera-López et al. | Upconversion and cooperative luminescence in YBO3: Yb3+-Er3+ | |
Kumar et al. | Probing into structural and spectroscopic properties of Dy3+ doped and Eu3+/Dy3+ co-doped bismuth phosphate (BiPO4) glass ceramics with different modifier fluorides | |
Wei et al. | Study on Sr2MgSi2O7: Eu2+, Dy3+ long-afterglow luminescent materials via sol-hydrothermal synthesis | |
Faria Filho et al. | Structural and optical properties of Er3+ doped SiO2–Al2O3–GeO2 compounds prepared by a simple route | |
Nogami et al. | SnO2-nanocrystals for enhancing the fluorescence of Eu3+ ions in sol–gel-derived glasses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191211 |