Люминесцирующее гельное кварцевое стекло

(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Семченко Алина Валентиновна Плющ Борис Васильевич Капшай Мария Николаевна Малашкевич Георгий Ефимович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Люминесцирующее гельное кварцевое стекло, включающее 2, 23 и ОН , отличающееся тем, что дополнительно содержит 2 при следующем соотношении компонентов, мас.2 96,000-99,299 23 0,2-2,0 ОН 0,001-0,010 2 0,5-2,0. Изобретение относится к составам модифицированного кварцевого стекла, а конкретно к люминесцирующему гельному кварцевому стеклу, и может быть использовано в качестве люминесцентного трансформатора ультрафиолетового излучения в видимую область спектра, а также в качестве активных сред волоконных лазеров видимого диапазона с селективной накачкой. Одной из основных проблем гельного кварцевого стекла, содержащего ионы трехзарядного самария (3 ), является низкое поглощение в видимой области, а также низкий квантовый выход люминесценции (5-10 ). Известно люминесцирующее кварцевое гель-стекло, содержащее диоксид кремния(2), оксид алюминия (А 2 О 3), оксид самария (23) при следующем соотношении,мас.2 - 96,9 А 2 О 3 - 1,6 23 - 1,5 и ионы гидроксила ОН в концентрации 3,5 сверх 1001. Основным недостатком известного стекла является малый коэффициент использования УФ излучения для возбуждения люминесценции ионов 3 из-за отсутствия у последних более-менее интенсивных полос поглощения в спектральной области короче 300 нм. Это делает проблематичным использование известного стекла в качестве люминесцентных трансформаторов УФ излучения в видимую область спектра и лазерных материалов с широкополосной (ламповой) накачкой. Для увеличения квантового выхода 9281 1 2007.06.30 люминесценции ионов 3 необходимо ввести в состав стекла компонент, хорошо поглощающий в УФ и видимой областях и способный сенсибилизировать люминесценцию ионов 3 . Наиболее близким к заявляемому является люминесцирующее гельное кварцевое стекло, содержащее диоксид кремния (2), оксид самария (23) и ионы гидроксила ОН при следующем соотношении, мас.2 98,99-99,499 23 0,05-1,0 0,001-0,010 2. Основным недостатком прототипа является малый коэффициент использования УФ излучения для возбуждения люминесценции ионов 3 из-за отсутствия у последних более-менее интенсивных полос поглощения в спектральной области короче 300 нм. Это делает проблематичным использование известного стекла в качестве люминесцентных трансформаторов ультрафиолетового излучения в видимую область спектра и лазерных материалов с широкополосной (ламповой) накачкой. Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла с эффективным поглощением в области короче 300 нм и высоким квантовым выходом люминесценции ионов 3 для использования его в качестве люминесцентных трансформаторов ультрафиолетового излучения в видимую область спектра и лазерных материалов с широкополосной(ламповой) накачкой. Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, увеличить квантовый выход люминесценции ионов 3 . Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что люминесцирующее гельное кварцевое стекло, содержащее диоксид кремния (2), оксид самария(23) и ионы гидроксила ОН , дополнительно содержит оксид серебра (2) при следующем соотношении, мас.2 96-99,299 23 0,2-2,0 ОН 0,001-0,010 2 0,5-2,0. Заявляемое изобретение обеспечивает получение люминесцирующего гельного кварцевого стекла, характеризующегося высокой эффективностью УФ поглощения ионов 2 в области короче 300 нм и последующее увеличение квантового выхода люминесценции ионов 3 , хорошие оптические свойства, необходимые для возможности применения данного стекла в качестве люминесцентного трансформатора ультрафиолетового излучения в видимую область, а также лазерного материала. Преимущество заявляемого люминесцирующего гельного кварцевого стекла проиллюстрировано на фиг. 1, 2. Фиг. 1 - спектры люминесценции заявляемого стекла. Фиг. 2 - спектры возбуждения заявляемого стекла. Заявляемое стекло получали двумя разновидностями золь-гель метода. Пример 1. В качестве исходного сырья использовали аморфный тонкодисперсный диоксид кремния (2), хлорид самария шестиводный (2362), нитрат серебра шестиводный 3)362) марок ХЧ и ОСЧ. Золь был получен из 50 г порошка аэросила марки А-300 и 300 мл дистиллированной воды. Полученная смесь подвергалась ультразвуковой обработке в течение 2,5 ч и центрифугированию с целью удаления крупных частиц аэросила. Полученный золь-коллоид разливали в формы и выдерживали до образования геля. Заготовки геля сушили на воздухе и прокаливали во фторсодержащей атмосфере, затем пропитывали в растворах хлорида самария и нитрата серебра различной концентрации. 9281 1 2007.06.30 Активированные гели сушили на воздухе и спекали в потоке гелия при температуре 1300 С до получения прозрачного стекла. Пример 2. В качестве исходного сырья использовали тетраэтилортосиликат (ТЭОС), аморфный тонкодисперсный диоксид кремния (2), хлорид самария шестиводный (2362),нитрат серебра шестиводный 3)362) марок ХЧ и ОСЧ. Для получения золя к 180 мл ТЭОСа приливали 100 мл 0,01 соляной кислоты и проводили гидролиз указанных компонентов в течение 1 ч при механическом перемешивании (при комнатной температуре). Далее в полученный золь добавляли 45 г аэросила марки А-300 и подвергали ультразвуковой обработке в течение 2-2,5 ч. Полученный золь-коллоид превращали в гель введением слабого основания (например 0,05 водного раствора аммиака), разливали смесь в закрывающиеся формы и выдерживали до образования геля. Полученные заготовки геля сушили на воздухе, далее прокаливали во фторсодержащей атмосфере, затем пропитывали гели в растворах хлорида самария и нитрата серебра различной концентрации. Полученные заготовки сушили на воздухе и спекали в атмосфере гелия при температуре 1300 С до получения прозрачного кварцевого стекла. Оба метода синтеза приводят к получению стекла с приблизительно одинаковой эффективностью передачи поглощенной в области короче 300 нм световой энергии на ионы 3 , что обеспечивает требуемый технический результат. Составы заявляемого стекла (концентрация оксидов дана по синтезу, а ионов гидроксила определена по пиковой интенсивности их основных валентных колебаний) и интегральная интенсивность люминесценции ионов 3 (люм) при возбуждении излучением ксеноновой лампы через светофильтр УФС 1 сведены в таблицу. Здесь же для сравнения приведено значение люм прототипа при аналогичных условиях возбуждения. Стекло 1 2 3 Прототип Спектры люминесценции заявляемого стекла на фиг. 1 (кривая 1) для образца 2 и прототипа (кривая 2), нормированные по полосе 45/269/2 (650 нм) при возбуждении через сенсибилизатор (возб 280 нм) и в собственной полосе поглощения редкоземельного иона (возб 405 нм) соответственно, и спектры возбуждения люминесценции ионов 3 для этих же образцов на фиг. 2 (кривые 1 и 2) соответственно при регистрации в полосе 45/269/2 наглядно иллюстрируют достижение технического результата заявляемого люминесцирующего гельного кварцевого стекла. Таким образом, видно, что заявляемое люминесцирующее гельное кварцевое стекло характеризуется от 4 до 23 раз более высоким квантовым выходом люминесценции ионов 3 по сравнению с прототипом, что обеспечивает ему преимущества при использовании в качестве люминесцентных трансформаторов ультрафиолетового излучения в видимую область спектра и лазерных материалов с широкополосной (ламповой) накачкой. Источники информации 1. Демская Э.Л., Пивоваров С.С. Люминесценция высококремнеземистых золей, гелей и гель-стекол, активированных самарием // Физика и химия стекла. - 1990. - Т. 16. -4.С.605-612. 2. Патент РБ 5391, МПК 7 С 03 С 3/06, 2003 (прототип). 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4