Люминесцирующая стеклокерамика



Люминесцирующая стеклокерамика
Люминесцирующая стеклокерамика
Люминесцирующая стеклокерамика

Владельцы патента RU 2674667:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам. Люминесцирующая стеклокерамика, содержащая следующие компоненты, мас.%: Li2O 0,03-2,94; Na2O 0,06-5,77; Ga2O3 26,5-53,5; SiO2 9,9-17,3; GeO2 31,2-54,1; TiO2 сверх 100% 0,04-3,9. Технический результат заключается в получение прозрачной стеклокерамики на основе фазы γ-Ga2O3, спектральное распределение свечения которой близко к таковому для стандартных источников света серии «D». 5 пр., 2 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам, в частности к прозрачной люминесцирующей стеклокерамике, которая может использоваться в качестве преобразователя УФ-С излучения в квазибелый свет.

Выделение в объеме стекла широкозонных полупроводниковых нанокристаллов, в частности обращенной шпинели γ-Ga2O3, позволяет получать прозрачную стеклокерамику, люминесцирующую в видимой области. При возбуждении излучением УФ-С диапазона спектр люминесценции этой стеклокерамики представляет собой суперпозицию УФ, синей и зеленой полос с максимумами при ~350, 460 и 530 нм. Наблюдаемое рекомбинационное свечение обусловлено собственными дефектами фазы γ-Ga2O3, выступающими в качестве доноров и акцепторов [1]. Изменение их количества и соотношения за счет легирования нанокристаллов γ-Ga2O3 гетеровалентными примесями, позволяет управлять спектральным распределением люминесценции стеклокерамики. В работах [2, 3] показана возможность создания светодиода белого свечения на основе квантовых точек γ-Ga2O3 с родамином В или красителем ATTO565. При возбуждении УФ излучением диода люминесцируют не только нанокристаллы, но и лиганды за счет безызлучательной передачи к ним энергии возбуждения от γ-Ga2O3. Результирующее от них свечение имеет белый цвет, однако, стабильность и длительность службы таких гибридных структур, очевидно, крайне низка.

Наиболее близким аналогом к заявляемому материалу является прозрачная стеклокерамика состава (мас. %) (0,03-3,02)Li2O-(0,08-6,07)Na2O-(27,9-52,5)Ga2O3-(15,4-25,5)SiO2-(26,8-44,4)GeO2 [4]. Недостатком прототипа является относительно узкая (Δλ≈150 нм) бесструктурная полоса люминесценции с максимумом (≈460 нм) в синей области спектра. Это не позволяет использовать известный материал для преобразования УФ-С излучения в квазибелый свет без применения дополнительных источников излучения.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка прозрачной стеклокерамики, содержащей легированные TiO2 нанокристаллы γ-Ga2O3, спектральное распределение свечения которой близко к таковому для стандартных источников света серии «D».

Технический результат достигается составом стекла, включающего Li2O, Na2O, Ga2O3, SiO2, GeO2 и TiO2 при следующем соотношении компонентов (мас. %):

Li2O 0,03-2,94

Na2O 0,06-5,77

Ga2O3 26,5-53,5

SiI2 9,9-17,3

GeO2 31,2-54,1

TiO2 0,04-3,9 сверх 100%

Изменение концентрации вышеуказанных оксидов в заявляемых пределах не влияет на состав первично выделяющейся кристаллической фазы, а только на отношение амплитуд гауссовых компонент для рассматриваемой полосы люминесценции, интегральную интенсивность свечения заявляемой стеклокерамики и склонность исходного стекла к кристаллизации.

В таблице 1 представлен ряд составов синтезированных стекол, на основе которых получены стеклокристаллические материалы.

Режимы термообработок, соотношение гауссовых компонент для рассматриваемой полосы, определяющее цвет свечения, цветовые координаты и коэффициент пропускания (при λ=580 нм для образцов толщиной 1 мм) полученных образцов стеклокерамики представлены в Таблице 2.

Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.

Пример 1

Готовят шихту для синтеза стекла №1. Исходные материалы SiO2, GeO2, TiO2 марки «ос. ч.», Ga2O3, Li2CO3, Na2CO3 марки «х.ч.» взвешивают на аналитических весах и смешивают в требуемом соотношении. Варку стекла осуществляют в электрических печах сопротивления в платиновом тигле в течение 40 мин. Выработку проводят путем закалки расплава. Для получения стеклокерамики исходное стекло подвергают обработке в области температур максимума экзотермического пика. Режимы термообработок выбирают на основе результатов дифференциальной сканирующей калориметрии.

Рентгенофазовый анализ (РФА) термообработанного и исходного стекол осуществляли на рентгеновском дифрактометре D2 Phaser (Bruker, CuKα, Ni фильтр) для образцов в виде порошка дисперсностью ~40 мкм в интервале углов 2θ=10-70°.

Спектры поглощения термообработанных стекол регистрировали на сканирующем двухлучевом спектрофотометре UV-3600 (Shimadzu). Спектры люминесценции в видимой области тех же образцов получали на спектрально-аналитическом комплексе на базе монохроматора/спектрографа MS3504i (SOL Instruments).

Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) люминесцирует при возбуждении УФ-С излучением (λ<280 нм) в широком диапазоне длин волн. Полоса люминесценции содержит три гауссовы компоненты с максимумами в УФ, синей и зеленой области спектра (Фиг. 1. Спектры люминесценции термообработанных стекол составов №№1-4), соотношение амплитуд которых указано в Таблице 2. Полученное соотношение указанных компонент приводит к сближению цветовых координат наблюдаемого излучения и стандартного источника света серии «D» в цветовом пространстве CIE (Фиг. 2. Координаты цветности излучения термообработанных стекол составов №№1-4 и стандартного источника белого света D65 в цветовом пространстве CIE-1931).

Пример 2

Готовят шихту и синтезируют стекло №2 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Отличие состоит в отсутствии добавки TiO2. Свойства стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) также люминесцирует в видимой области (Фиг. 1). Однако цветовые координаты наблюдаемого свечения сильно отличаются от таковых для стандартного источника света серии «D» (Фиг. 2).

Пример 3

Готовят шихту и синтезируют стекло №3 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Свойства стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) также люминесцирует в видимой области (Фиг. 1), однако размер и содержание выделившихся нанокристаллов, согласно РФА, меньше, чем в стекле состава №1, что приводит к снижению интегральной интенсивности свечения.

Пример 4

Готовят шихту и синтезируют стекло №4 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Свойства стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) также люминесцирует в видимой области (Фиг. 1), однако координаты цветности смещены в сторону зеленого цвета (Фиг. 2), что затрудняет использование этой стеклокерамики в качестве источника квазибелого света.

Пример 5

Готовят шихту и синтезируют стекла составов №№5-8 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Свойства полученной стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данные стекла после термообработки по режимам, указанным в Таблице 2, также люминесцируют в видимой области, однако содержание нанокристаллов, согласно РФА, для состава №5 меньше, чем у стекла состава №1 (Фиг. 3), что снижает интегральную интенсивность полосы люминесценции. Стекла составов №№6-8 характеризуются повышенной склонностью к кристаллизации, что приводит к значительному снижению светопропускания (Таблица 2).

Литература

1. Т. Wang, S.S. Farvid, M. Abulikemu, P.V. Radovanovic. Size-tunable phosphorescence in colloidal metastable γ-Ga2O3 nanocrystals. J.Am. Chem. Soc. 132 (2010) 9250-9252.

2. T. Wang, V. Chirmanov, W. H. M. Chiu, P.V. Radovanovic. Generating tunable white light by resonance energy transfer in transparent dye-conjugated metal oxide nanocrystals. J.Am. Chem. Soc. 135 (2013) 14520-14523.

3. V. Chirmanov, P.C. Stanish, A. Layek, Pavle V. Radovanovic. Distance-dependent energy transfer between Ga2O3 Nanocrystal defect states and conjugated organic fluorophores in hybrid white-light-emitting nanophosphors. J.Phys. Chem. С 119 (2015) 5687-5696.

4. Голубев H.B., Игнатьева E.C., Сигаев В.Н., Лоренци Р., Палеари А. Патент РФ 2604614.

Люминесцирующая стеклокерамика, включающая Li2O, Na2O, Ga2O3, SiO2, GeO2 и TiO2 при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Li2O 0,03-2,94
Na2O 0,06-5,77
Ga2O3 26,5-53,5
SiO2 9,9-17,3
GeO2 31,2-54,1
TiO2 0,04-3,9 сверх 100%



 

Похожие патенты:

Стекло // 2661959
Изобретение относится к составам люминесцирующих свинцовоборосиликатных стекол. Стекло содержит следующие компоненты, вес.%: B2O3 6,0-27,0; SiO2 3,0-10,0; Al2O3 1,0-3,0; PbO 60,0-90,0 и по крайней мере один окисел из группы Pr2O3, Sm2O3, Nd2O3, Tb2O3, Ho2O3, Er2O3, Tm2O3, Eu2O3, Ce2O3 при следующем соотношении компонентов, причем указанный окисел вводится сверх 100% (вес.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Наностеклокерамика включает, мол.%: SiO2 34.5-40.0; PbF2 30.0-32.0; CdF2 10.0-12.0; YbF3 1.0-2.0; PbO 16.0-17.0; Eu2O3 1.5-2.5 и Tb2O3 0.5-1.0.

Изобретение относится к способу модифицирования структуры стекла под действием лазерного пучка для формирования люминесцирующих микрообластей. Фосфатное стекло, содержащее ионы серебра, локально облучают фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов в пределах 30-200 нДж, длительностью лазерных импульсов в пределах 300-1200 фс, частотой следования лазерных импульсов в пределах 1-500 кГц.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика содержит, мол.

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных) и усилителей лазерных импульсов сверхкороткой длительности, генерирующих в ближней инфракрасной области спектра.

Изобретение относится к люминесцентным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении квантового выхода люминесценции стекол с переходными металлами.

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к материалам, прозрачным в видимой области спектра, с высоким поглощением в ИК области спектра. Технический результат – повышение поглощения в ближней ИК-области.

Изобретение относится к технологии новых оптических стеклообразных кварцоидных материалов, обладающих люминесценцией в широком спектральном диапазоне, и может быть использовано в производстве волоконных световодов с лазерной генерацией в инфракрасном спектральном диапазоне и различных устройств на их основе для оптимизации элементов волоконно-оптических линий связи.

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам, которые могут использоваться в качестве активной части конверторов в видимую область спектра УФ излучения солнечно-слепого диапазона.

Стекло // 2671269
Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного назначения. Стекло содержит, мас.

Стекло // 2665725
Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к производству стекол, которые могут быть использованы в производстве изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к лазерному стеклу, допированному Nd, с длиной волны пика излучения, превышающей 1059,7 нм, поперечным сечением пучка излучения (σem)≥1,5×10-20 см2 и/или шириной полосы излучения (Δλeff)≥28 нм, при сохранении свойств, которые делают стекло подходящим для коммерческого использования, такие как низкая температура стеклования Tg и низкий нелинейный показатель преломления n2.

Стекло // 2644782
Изобретение относится к технологии силикатов, а именно к производству стекол, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к составам ферромагнитных стекол, которые могут быть использованы в приборостроении. Ферромагнитное стекло содержит, мас.

Изобретение относится к стеклам для твердотельных лазеров. А именно, изобретение раскрывает фосфатное лазерное стекло, допированное Nd, или Yb, или Er и имеющее указанный химический состав, способ снижения длины волны пика излучения указанного выше фосфатного лазерного стекла, включающего лантан и допированного Nd, или Yb, или Er, в котором до 100% La2O3 заменяют на CeO2, чтобы изменить длину волны пика излучения, а также изобретение раскрывает лазерную систему с использованием смешанного стекла, в которой одно стекло из системы смешанного стекла является указанным фосфатным лазерным стеклом, и способ генерации импульса лазерного луча с использованием такой лазерной системы.

Изобретение относится к производству стекол, используемых, преимущественно, в электронной и радиотехнической промышленности. Легкоплавкое стекло содержит, мас.

Изобретение относится к фритте на основе ванадия, используемой для изоляции в стеклопакетах. Технический результат – снижение температуры плавления стеклоприпоя.

Стекло // 2614768
Изобретение касается составов стекол, которые могут быть использованы в качестве высокотемпературной изоляции обмоточных проводов. Стекло содержит, мас.

Стекло // 2614762
Изобретение касается составов стекла, которое может быть использовано для изготовления ваз, декоративных панно, сувениров. Стекло содержит, мас.%: PbO 31,0-32,0; TiO2 3,0-4,0; ZrO2 3,5-4,5; K2O 1,6-2,53; Na2O 1,0-2,1; Al2O3 1,0-1,8; SiO2 29,5-30,4; BaO 17,82-18,76; CaO 3,7-4,5; Nb2O5 1,48-2,22; SnO2 1,74-1,98.

Группа изобретений относится к области транспорта. Способ изготовления тормозного диска для транспортного средства, заключается в расположении на базовом теле тормозного диска защитного слоя.

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам. Люминесцирующая стеклокерамика, содержащая следующие компоненты, мас.: Li2O 0,03-2,94; Na2O 0,06-5,77; Ga2O3 26,5-53,5; SiO2 9,9-17,3; GeO2 31,2-54,1; TiO2 сверх 100 0,04-3,9. Технический результат заключается в получение прозрачной стеклокерамики на основе фазы γ-Ga2O3, спектральное распределение свечения которой близко к таковому для стандартных источников света серии «D». 5 пр., 2 табл., 3 ил.

Наверх