RU2658109C1 - Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома - Google Patents
Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658109C1 RU2658109C1 RU2017111927A RU2017111927A RU2658109C1 RU 2658109 C1 RU2658109 C1 RU 2658109C1 RU 2017111927 A RU2017111927 A RU 2017111927A RU 2017111927 A RU2017111927 A RU 2017111927A RU 2658109 C1 RU2658109 C1 RU 2658109C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoglassceramics
- optical
- chromium ions
- mol
- luminescence
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
Abstract
Использование: для использования при создании твердотельных лазеров, включая волоконные лазеры, и люминесцентных оптических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что оптическая наностеклокерамика с ионами хрома относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав (мол.%): Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2. Технический результат: упрощение технологии изготовления, а также увеличение прозрачности в видимой области спектра. 5 ил.
Description
Изобретение относится к оптическому материаловедению и может быть использовано при создании твердотельных лазеров, включая волоконные лазеры, и люминесцентных оптических материалов.
Синтетический монокристалл рубина (Al2O3:Cr3+), генерирующими центрами которого являются ионы Cr3+, является активным элементом наиболее распространенных и мощных импульсных лазеров (Справочник по лазерам / под ред. А.М. Прохорова. В 2-х томах. T.I. - М.: Сов. радио, 1978. - 504 с.). Недостатками этого оптического материала являются дороговизна и высокие требования к чистоте исходных реактивов, высокие температуры синтеза кристаллов - более 2000 градусов, трудоемкий и длительный процесс выращивания кристаллов, а также сложность их дальнейшей обработки из-за высокой твердости.
Известны оптические наностеклокерамики с ионами хрома систем CaO-GeO2-B2O3, CaO-GeO2-Na2B4O7 и CaO-GeO2-LiBO2, содержащие нанокристаллы форстерита с ионами Cr4+ (V.A. Ivanov, D.V. Simanovskiy, М.О. Marychev, P.V. Andreev, I. Koseva, P. Tzvetkov, V. Nikolov. Ca2GeO4:Cr4+ transparent nano-glass ceramics // J. of Non-Crystalline Solids, V. 456 (2017), P. 76-82). Недостатками данных материалов являются высокие температуры синтеза (до 1700°С) и высокие температуры стеклования (950-1500°С), при которых происходит формирование и рост нанокристаллической фазы. Это усложняет изготовление наностеклокерамики и увеличивает ее себестоимость.
Известна оптическая наностеклокерамика с ионами хрома системы SiO2-Al2O3-MgO-K2O, содержащая нанокристаллы форстерита с ионами Cr3+ и Cr4+, выбранная в качестве прототипа (М. Yu. Sharonov, А.В. Bykov, S. Owen, V. Petricevic, and R.R. Alfano. Spectroscopic study of transparent forsterite nanocrystalline glass-ceramics doped with chromium // J. Opt. Soc. Am. В, V. 21, No. 11 (2004), P. 2046-2052). Недостатком данного материала является высокая температура синтеза (1600°С) и высокая температура стеклования (750-900°С), при которой происходит формирование и рост нанокристаллической фазы. Это усложняет изготовление наностеклокерамики и увеличивает ее себестоимость. Недостатком является также то, что часть ионов хрома находится в четырехвалентном состоянии, что уменьшает интенсивность люминесценции в видимой области спектра. Недостатком является также то, что край фундаментальной полосы поглощения наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 500-600 нм, что уменьшает ее прозрачность в видимой области спектра.
Изобретение решает задачи упрощения технологии изготовления оптической наностеклокерамики с ионами хрома, уменьшения ее себестоимости, а также увеличения прозрачности в видимой области спектра.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что оптическая наностеклокерамика с ионами хрома относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав (мол.%): Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2.
Наши эксперименты показали, что в оптической наностеклокерамике системы Li2O-Al2O3-K2O-B2O3-Sb2O3-Cr2O3 ионы хрома находятся в трехвалентном состоянии и входят в состав нанокристаллов Al2O3, как у синтетического монокристалла рубина. Данная оптическая наностеклокерамика синтезируется при температуре 1400-1465°С, а формирование и рост нанокристаллов Al2O3:Cr3+ происходит в процессе термообработки при температуре 580-630°С в течение 20-300 мин.
Достоинствами предлагаемой оптической наностеклокерамики являются меньшие температуры синтеза наностеклокерамики и формирования нанокристаллов Al2O3:Cr3+, по сравнению с прототипом, что упрощает изготовление наностеклокерамики и уменьшает ее себестоимость. Достоинством является также то, что край фундаментальной полосы поглощения наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 250-380 нм, что увеличивает ее прозрачность в видимой области спектра в сравнении с прототипом.
Совокупность признаков, изложенных в формуле, характеризует оптическую наностеклокерамику с ионами хрома системы Li2O-Al2O3-K2O-В2О3-Sb2O3-Cr2O3. Это позволяет упростить технологию изготовления оптической наностеклокерамики с ионами хрома, уменьшить ее себестоимость и увеличить прозрачность в видимой области спектра.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами, где:
на фиг. 1 показана фотография синтезированного исходного стекла с содержанием Cr2O3 0,1 мол.%;
на фиг. 2 показаны фотографии оптической наностеклокерамики с содержанием Cr2O3 0,1 мол.% (а) и 0,15 мол.% (б) после термической обработки, а также монокристалл синтетического рубина (в);
на фиг. 3 показаны фотографии люминесценции оптической наностеклокерамики после термообработки при Т=630°С в течение 20 минут с содержанием Cr2O3 0,15 мол.% (1) и с содержанием Cr2O3 0,1 мол.% (2), а также люминесценция монокристалла синтетического рубина (3). Длина волны возбуждения люминесценции 365 нм.
на фиг. 4 показаны спектры оптической плотности оптической наностеклокерамики с содержанием Cr2O3 0,15 мол.% (4) и монокристалла синтетического рубина (5).
фиг. 5 показаны: спектры люминесценции оптической наностеклокерамики 6, 7 и синтетического монокристалла рубина 8: 6 - спектр люминесценции образца оптической наностеклокерамики после термической обработки с концентрацией Cr2O3 0,1 мол.%, 7 - спектр люминесценции образца стекла после термической обработки с концентрацией Cr2O3 0,15 мол.%, 8 - спектр люминесценции кристалла синтетического рубина. Длина волны возбуждения люминесценции 360 нм.
Сущность изобретения раскрывается на примере, который не должен рассматриваться экспертом как ограничивающий притязания изобретения.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Пример 1
Для реализации изобретения синтезируют оптическую наностеклокерамику, содержащую ионы трехвалентного хрома, на основе стекла литий-калий-алюмо-боратной системы со следующим составом (мол.%): Li2O 12,5; Al2O3 25,0; K2O 12,5; B2O3 50,0; Sb2O3 1,0; Cr2O3 0,15.
Для синтеза исходного стекла используют реактивы класса ХЧ и ЧДА. Для создания восстановительных условий при синтезе в состав шихты вводят NH4F⋅HF с концентрацией 2.2 мол.%. Плавление шихты осуществляют при температуре 1400-1465°С в воздушной атмосфере, с перемешиванием расплава платиново-родиевой мешалкой. Синтез производят в корундизовых тиглях. При проведении синтеза используют стандартные варочные печи с отливкой в металлические формы и кварцевые или корундизовые тигли. После синтеза проводят отжиг стекла в муфельной печи от 400°С до комнатной температуры. Фотография литий-калиевоалюмоборатного стекла с ионами хрома показана на фиг. 1. Стекло имеет голубую окраску. Для формирования в стекле нанокристаллов Al2O3 с Cr3+ проводят его термическую обработку. Режим термообработки - 630°С в течение 20 минут. Для термообработки используют муфельную печь с программным управлением. На фиг. 2 показаны фотографии синтезированных оптических наностеклокерамик с содержанием Cr2O3 0,1 мол.% (а) и 0,15 мол.% (б) после термической обработки. Для сравнения на фиг. 2 показан синтетический монокристалл рубина (в). Из фиг. 2 видно, что после формирования в наностеклокерамике нанокристаллов Al2O3:Cr3+, она приобретает красный цвет, характерный для ионов Cr3+ в кристаллической матрице. На фиг. 3 показаны фотографии люминесценции образцов синтезированной оптической наностеклокерамики с содержанием Cr2O3 0,15 мол.% (1) и 0,1 мол.% (2) в сравнении с люминесценцией рубина (3). Из фиг. 3 видно, что интенсивность люминесценции в красной области спектра синтезированных образцов наностеклокерамики сравнима с интенсивностью люминесценции синтетического кристалла рубина. На фиг. 4 показан спектр оптической плотности синтезированной оптической наностеклокерамики 4 в сравнении со спектром оптической плотности синтетического кристалла рубина 5. Спектры оптической плотности регистрировались на спектрофотометре Lambda 650 (Perkin Elmer). Из фиг. 4 видно, что в спектре оптической плотности синтезированной оптической наностеклокерамики присутствуют две полосы поглощения, характерные для ионов Cr3+ в кристаллическом окружении. Спектральные измерения показали, что край фундаментальной полосы поглощения синтезированной наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 250-380 нм. На фиг. 5 показаны спектры люминесценции синтезированной оптической наностеклокерамики. Спектры люминесценции регистрировались на спектрофлуориметре LS 55 (Perkin Elmer). Из фиг. 5 видно, что спектры люминесценции оптической наностеклокерамики ионами хрома 6 и 7 повторяют спектр люминесценции синтетического кристалла рубина. В то же время, основная полоса люминесценции имеет полуширину в три раза меньшую, чем полуширина полосы люминесценции рубина 8.
Таким образом, исходное стекло для наностеклокерамики синтезируют и отжигают при меньших, по сравнению с прототипом, температурах. Формирование нанокристаллов с ионами хрома в стекле также проводится при меньших, по сравнению с прототипом, температурах. Это упрощает технологию синтеза и снижает его себестоимость. Край фундаментальной полосы поглощения синтезированной наностеклокерамики лежит в спектральном интервале 250-380 нм, что повышает ее пропускание в видимой области спектра, в сравнении с прототипом.
Claims (1)
- Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома, отличающаяся тем, что относится к литий-калий-алюмоборатной системе с ионами трехвалентного хрома и имеет следующий состав (мол.%): Li2O 0-15,0; Al2O3 20,0-30,0; K2O 10,0-20,0; B2O3 40,0-60,0; Sb2O3 0-6,0; Cr2O3 0,05-0,2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017111927A RU2658109C1 (ru) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017111927A RU2658109C1 (ru) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2658109C1 true RU2658109C1 (ru) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620147
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017111927A RU2658109C1 (ru) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2658109C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2777297C1 (ru) * | 2021-10-13 | 2022-08-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» (Университет ИТМО) | Оптическая щелочно-алюмо-боратная стеклокерамика с ионами хрома |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1704381A (zh) * | 2004-05-25 | 2005-12-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 酸碱滴定法制备掺钕硼酸钇铝纳米粉体 |
CN1704380A (zh) * | 2004-05-25 | 2005-12-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 酸碱滴定法制备掺钕硼酸镧钪纳米粉体 |
CN103803804A (zh) * | 2012-11-14 | 2014-05-21 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种纳米玻璃陶瓷上转换发光材料及其制备方法 |
US9260340B2 (en) * | 2010-03-05 | 2016-02-16 | Ocean's King Lighting Science & Technology Co., Ltd. | Luminous nano-glass-ceramics used as white LED source and preparing method of luminous nano-glass-ceramics |
RU2579056C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-03-27 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Люминесцирующая наностеклокерамика |
-
2017
- 2017-04-07 RU RU2017111927A patent/RU2658109C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1704381A (zh) * | 2004-05-25 | 2005-12-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 酸碱滴定法制备掺钕硼酸钇铝纳米粉体 |
CN1704380A (zh) * | 2004-05-25 | 2005-12-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 酸碱滴定法制备掺钕硼酸镧钪纳米粉体 |
US9260340B2 (en) * | 2010-03-05 | 2016-02-16 | Ocean's King Lighting Science & Technology Co., Ltd. | Luminous nano-glass-ceramics used as white LED source and preparing method of luminous nano-glass-ceramics |
CN103803804A (zh) * | 2012-11-14 | 2014-05-21 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种纳米玻璃陶瓷上转换发光材料及其制备方法 |
RU2579056C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-03-27 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Люминесцирующая наностеклокерамика |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
М. Yu. Sharonov, А.В. Bykov, S. Owen, V. Petricevic, and R.R. Alfano, Spectroscopic study of transparent forsterite nanocrystalline glass-ceramics doped with chromium, J. Opt. Soc. Am. В, V. 21, No. 11 (2004), P. 2046-2052. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2777297C1 (ru) * | 2021-10-13 | 2022-08-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» (Университет ИТМО) | Оптическая щелочно-алюмо-боратная стеклокерамика с ионами хрома |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Qiao et al. | Luminescence behavior of Er3+ ions in glass–ceramics containing CaF2 nanocrystals | |
Dymshits et al. | Transparent glass-ceramics for optical applications | |
RU2579056C1 (ru) | Люминесцирующая наностеклокерамика | |
JP2005325017A (ja) | ガラスセラミック品を作製する方法 | |
JPH0769673A (ja) | 波長上方変換透明化ガラスセラミックスおよびその製造方法 | |
Chen et al. | Upconversion luminescence, optical thermometric properties and energy transfer in Yb3+/Tm3+ co-doped phosphate glass | |
Fujita et al. | Fabrication, microstructure and optical properties of Er3+: YAG glass–ceramics | |
Wu et al. | Broadband near-infrared luminescence from transparent glass–ceramics containing Ni2+-doped SrTiO3 nanocrystals | |
Saeed et al. | Novel Er3+ doped heavy metals-oxyfluorophosphate glass as a blue emitter | |
RU2658109C1 (ru) | Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома | |
León-Luis et al. | Up-conversion and colour tuneability in Yb3+–Er3+–Tm3+ co-doped transparent nano-glass-ceramics | |
RU2494981C1 (ru) | Стеклокристаллический материал | |
RU2777297C1 (ru) | Оптическая щелочно-алюмо-боратная стеклокерамика с ионами хрома | |
Cao et al. | Tunable broadband photoluminescence from bismuth‐doped calcium aluminum germanate glasses prepared in oxidizing atmosphere | |
CN105884191B (zh) | 一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃及其制备方法 | |
RU2341472C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей | |
Wang et al. | Up-conversion and near-infrared emission of Er3+ doped transparent glass ceramics containing LaF3 nanocrystals | |
JP5460923B2 (ja) | 白光を発射する透明ガラスセラミック及びその調製方法 | |
RU2774637C1 (ru) | Люминесцентная щелочно-германатная керамика с четырехвалентными ионами марганца | |
KR101799026B1 (ko) | 인공치아용 미저라이트계 결정화 유리 및 이의 착색 방법 | |
Loiko et al. | New luminescing oxyfluoride glass with europium and ytterbium ions | |
RU2412917C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для просветляющихся фильтров ближней ик области спектра | |
Chen et al. | Highly efficient, tunable, ultrabroadband NIR photoemission from Bi-doped nitridated germanate glasses toward all-band amplification in optical communication | |
RU2637540C1 (ru) | Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика | |
RU2661946C1 (ru) | Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика |