Способ получения легированного кварцевого стекла

(51)03 8/02, 20/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Малашкевич Андрей Георгиевич Семкова Галина Ивановна Плющ Борис Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения легированного кварцевого стекла, включающий гидролиз тетраэтилортосиликата, получение ксерогеля, активированного ионами металлов, его последующую термообработку и спекание, отличающийся тем, что активацию проводят ионами Се 4 и 3, исключая Се 3, 3 и 3, при отношении Се 4/3 большем либо равном 1,при этом дополнительно вводят компенсатор заряда, в частности 2, при отношении 2/3 меньшем либо равном 1, термообработку и спекание ксерогеля до стеклообразного состояния проводят в кислороде, а полученное стекло термообрабатывают на воздухе. Изобретение относится к области получения легированных кварцевых гель-стекол, в частности, стекол эффективно поглощающих фотохимически активную ультрафиолетовую радиацию и трансформирующих ее в видимую и ближнюю инфракрасную области спектра, и может быть использовано в качестве переизлучающих оболочек газоразрядных ламп, активных элементов лазеров и световых трансформаторов для квантронов. Известен способ получения кварцевого стекла, включающий гидролиз этилсиликата,введение в золь раствора аммиака до рН 4,5-6,0, сушку полученного геля и последующее спекание до перевода его в кварцевое стекло (а.с. СССР 1749185 1 от 20.11.90,МПК С 03 В 8/02. Опубл. 23.07.92 // Бюл.27). Недостатками данного способа получения кварцевого стекла являются невозможность обеспечить последнему интенсивное поглощения в ультрафиолетовой области спектра и эффективную люминесценцию, что не позволяет использовать такое стекло в указанном выше качестве. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения легированного кварцевого стекла (см. заявка РБ (11) 1861 С 2, МПК С 03 В 8/02,С 03 В 20/00 от 07.06.1994 // АБ РБ. - 1997. -4 (ч. 1), т. 15. - С. 129-130), включающий образование золя гидролизом тетраэтилортосиликата в водном растворе соляной кислоты,введение в золь тонкодисперсного порошка кремнезема, образование геля добавлением 9150 1 2007.04.30 водного раствора аммиака до рН 5,5-6,5, выдержку образовавшегося геля в растворе легирующей добавки в деионизированной воде, сушку, термообработку и спекание до состояния прозрачного стекла. В данном способе в качестве легирующей добавки используют неорганическую соль переходного металла, растворимую в водно-спиртовой среде и имеющую в интервале температур термообработки давление пара не более 5 мм ртутного столба, при этом легирующую добавку дополнительно вводят в золь, а выдержку геля осуществляют в растворе с молярным соотношением легирующая добавка вода,равном молярному соотношению указанных компонентов в золе, в течение времени, определяемого выражением/, где- время выдержки (ч)- масса геля (г)- растворимость легирующей добавки в воде при температуре выдержки (на 100 г воды), г 15-16, коэффициент (ч). Недостатком прототипа является низкая эффективность люминесценции получаемых стекол, присущая реализуемым в них оптическим центрам переходных металлов, что не позволяет использовать его в качестве переизлучающих оболочек газоразрядных ламп,активных элементов лазеров и световых трансформаторов для квантронов. Задачей предполагаемого изобретения является существенное повышение эффективности люминесценции кварцевого стекла. Для решения поставленной задачи в способе получения кварцевого стекла по золь-гель процессу, включающему гидролиз тетраэтилортосиликата, получение ксерогеля, активированного ионами металлов, его последующую термообработку и спекание, активацию проводят ионами Се 4 и 3, исключая Се 3, Т 3 и 3, при отношении 4/3 большем либо равном 1, при этом дополнительно вводят компенсатор заряда, в частности 2, при отношении 2/3 меньшем либо равном 1, термообработку и спекание ксерогеля до стеклообразного состояния проводят в кислороде, а полученное стекло термообрабатывают на воздухе. Повышенная концентрация церия и жесткие окислительные условия термообработки и спекания активированного ксерогеля способствуют формированию наноразмерных кластеров СеО 2, а соактивация ионами 3 ведет к частичному замещению в них ионов Се 4 на 3 с образованием конфигурации Се 43, близкой к коллинеарной. При этом дополнительное введение компенсатора заряда увеличивает долю таких сложных Се 4-3 центров. Благодаря внутрицентровой сенсибилизации люминесценции 3 фотовосстановленными ионами (Се 4)- и отсутствию в указанных кластерах группировок 33,которые могут характеризоваться эффективным кроссрелаксационным тушением люминесценции, полученные стекла характеризуются высоким квантовым выходом люминесценции ионов 3 и интенсивным поглощение в области короче350 нм. Смягчение окислительных условий синтеза стекла (проведение термообработки и спекания активированного ксерогеля на воздухе) ведет к образованию группировок Се 4-ОСе 3, поглощающих в видимой области спектра и тушащих люминесценцию 3, а также к снижению доли группировок 43. Отказ от использования компенсатора заряда также ведет к снижению доли последних из-за того, что такая компенсация осуществляется лишь структурными дефектами стекла. В результате эффективность сенсибилизированной люминесценции полученного стекла значительно снижается. Пример 1 Ксерогель, полученный по описанному в прототипе способу, пропитывали раствором азотнокислых солей церия, европия и магния при атомарном соотношении Се 311, сушили, термообрабатывали и спекали до состояния прозрачного стекла в кислороде. Синтезированное таким образом стекло характеризуется высоким поглощением при 350 нм (100 см-1), а интенсивность сенсибилизированной люминесценции ионов 3 в красной области спектра при в 330 нм в 5 раз выше, чем для стекла, синтезированного аналогичным образом, но без добавления соли магния. 2 9150 1 2007.04.30 Пример 2 Ксерогель, полученный по описанному в прототипе способу, пропитывали раствором хлористых солей церия, неодима и рубидия при атомарном соотношении Се 610,8, сушили, термообрабатывали и спекали до состояния прозрачного стекла в кислороде. Синтезированное таким образом стекло характеризуется высоким поглощением при 350 нм (100 см-1), а интенсивность сенсибилизированной люминесценции ионов 3 в инфракрасной области спектра при в 330 нм в 3 раза выше, чем для стекла, синтезированного аналогичным образом, но без добавления соли рубидия. При активации другими 3 кварцевые стекла, полученные по заявляемому способу,также характеризуются эффективной сенсибилизированной люминесценцией. Таким образом, заявляемый способ получения легированного кварцевого стекла позволяет получать стекла с высоким поглощением в ультрафиолетовой области спектра(100 см-1 при 350 нм) и высокой эффективностью люминесценции при возбуждении в этой области за счет создания наиболее благоприятных условий для сенсибилизации люминесценции ионов 3 фотовосстановленными ионами (Се 4)-. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3