DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-1-54-59


УДК535. 399

ФОРМИРОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ В СИЛИКАТНОМ СТЕКЛЕ ПРИ ВВОДЕ ИОНОВ МЕДИ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА

Демичев И.А., Сидоров А.И., Никоноров Н.В., Шахвердов Т.А.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Дёмичев И.А., Сидоров А.И., Никоноров Н.В., Шахвердов Т.А. Формирование люминесцентных оптических волноводов в силикатном стекле при вводе ионов меди методом ионного обмена // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 1. С. 54–59

Аннотация

Представлены спектры поглощения и люминесценции щелочно-силикатных стекол с ионами меди, введенными в приповерхностные слои стекла методом ионного обмена, для разных режимов ионного обмена. Показано, что при вводе в стекло ионов меди из расплава соли двухвалентной меди при температурах 550–600 °С восстановительные процессы в приповерхностном слое стекла приводят к переходу части двухвалентной меди в одновалентное и нейтральное состояние, и непосредственно в ионообменном процессе участвуют ионы Cu+ и Na+ . Появление в приповерхностном слое стекла нейтральных атомов меди способствует формированию субнаноразмерных молекулярных кластеров меди Cun. Показано, что волноводный слой, возникший в приповерхностном слое стекла в результате ионного обмена, обладает люминесценцией в видимой области спектра при возбуждении люминесценции ультрафиолетовым из- лучением. При этом вклад в люминесценцию вносят ионы Cu+ , молекулярные кластеры Cun и димеры Cu+ –Cu+ . В процессе высокотемпературного ионного обмена (600 °С) наблюдается смещение равновесия процессов формирования и разрушения молекулярных кластеров меди Cun. Так, при длительности 1 ч имеет место разрушение, а при длительности около 18 ч, а также менее 30 мин – формирование. Ионный обмен длительностью 18,5 ч приводит к образованию в матрице значительного количества ионов двухвалентной меди Cu2+.


Ключевые слова: ионный обмен, медь, щелочно-силикатное стекло, люминесценция, люминесцентный волновод

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке Российского научного фонда (Соглашение № 14-23-00136).

Список литературы

1.Игнатьев А.И., Сгибнев Е.М., Дёмичев И.А., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Хрущева Т.А., Шахвер- дов Т.А. Особенности люминесценции силикатных стекол с серебром, введенным методом ионного обмена // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 116. № 4. С. 631–637.

2. Dubrovin V.D., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Shakhverdov T.A., Agafonova D.S. Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses // Optical Materials. 2014. V. 36. N 4. P. 753–759. doi: 10.1016/j.optmat.2013.11.018 ОРМИРОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ... Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2015, Том 15, № 1 58

3. Agafonova D.S., Sidorov A.I., Kolobkova E.V., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V. Luminescent optical fibers with silver molecular clusters and semiconductor quantum dots for detection of ultraviolet and visible radiation // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2014. V. 9141. Art. 91411T. doi: 10.1117/12.2052259

4. Rowan B.C., Wilson L.R., Richards B.S. Advanced material concepts for luminescent solar concentrators // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. V. 14. N 5. P. 1312–1322. doi: 10.1109/JSTQE.2008.920282

5. Колобкова Е.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Шахвердов Т.А. Люминесценция молекулярных кла- стеров серебра в оксифторидных стеклах // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 114. № 2. С. 260–264. doi: 10.7868/S0030403413020128

6. Tervonen A., West B.R., Honkanen S. Ion-exchanged glass waveguide technology: a review // Optical Engineering. 2011. V. 50. N 7. Art. 071107. doi: 10.1117/1.3559213

7. Агафонова Д.С., Колобкова Е.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И. Влияние ионов редкоземельных ме- таллов на температурную зависимость люминесценции молекулярных кластеров серебра в оксифто- ридных стеклах // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 7. С. 59–66.

8. Агафонова Д.С., Колобкова Е.В., Сидоров А.И. Температурные зависимости интенсивности люми- несценции оптических волокон из оксифторидного стекла с квантовыми точками CdS и CdSxSe1-x // Письма в журнал технической физики. 2013. Т. 39. № 14. С. 8–15.

9. Агафонова Д.С., Сидоров А.И. Волоконно-оптический датчик искры и дуги со спектральным преоб- разованием детектируемого излучения // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 11. С. 60–65.

10. Афанасьев В.П., Васильев В.Н., Игнатьев А.И., Колобкова Е.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Це- хомский В.А. Новые люминесцентные стекла и стеклокерамики и перспективы их использования в тонкопленочной солнечной энергетике // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 10. С. 69–79.

11. Fujimoto Y., Nakatsuka M. Spectroscopic properties and quantum yield of Cu-doped SiO2 glass // Journal of Luminescence. 1997. V. 75. N 3. P. 213–219.

12. Guo H., Wei R.F., Liu X.Y. Tunable white luminescence and energy transfer in (Cu+ )2, Eu3+ codoped sodium silicate glasses // Optics Letters. 2012. V. 37. N 10. P. 1670–1672. doi: 10.1364/OL.37.001670

13. Wei W., Lu Y., Chen W., Chen S. One-pot synthesis, photoluminescence, and electrocatalytic properties of subnanometer-sized copper clusters // Journal of the American Chemical Society. 2011. V. 133. N 7. P. 2060–2063. doi: 10.1021/ja109303z

14. Vilar-Vidal N., Blanco M.C., Lopez-Quintela M.A., Rivas J., Serra C. Electrochemical synthesis of very stable photoluminescent copper clusters // Journal of Physical Chemistry C. 2010. V. 114. N 38. P. 15924– 15930. doi: 10.1021/jp911380s

15. Vazquez-Vazquez C., Banobre-Lopez M., Mitra A., Lopez-Quintela M.A., Rivas, J. Synthesis of small atomic copper clusters in microemulsions // Langmuir. 2009. V. 25. N 14. P. 8208–8216. doi: 10.1021/la900100w

16. Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Цехомский В.А., Шахвердов Т.А. Широкополосная люминесценция меди в калиево-алюмоборатных стеклах // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 114. № 3. С. 417–421. doi: 10.7868/S0030403413030215

17. Srikumar T., Kityk I.V., Srinivasa Rao C., Gandhi Y., Piasecki M., Bragiel P., Ravi Kumar V., Veeraia N. Photostimulated optical effects and some related features of CuO mixed Li2O–Nb2O5–ZrO2–SiO2 glass ceramics // Ceramics International. 2011. V. 37. N 7. P. 2763–2779. doi: 10.1016/j.ceramint.2011.04.031

18. Gonella F. Characterization of Cu–Na ion-exchanged glass waveguides // Applied Physics Letters. 1996. V. 69. N 3. P. 314–315.

19. Bogomolova L.D., Gan'shin V.A., Jachkin V.A., Kubrinskaya M.E., Petrova V.Z. EPR and optical study of copper diffusion layers // Journal of Non-Crystalline Solids. 1981. V. 45. N 2. P. 249–255. doi: 10.1016/0022-3093(81)90191-5

20. Karlsson S., Jonson B., Reibstein S., Wondraczek L. Surface ruby colouring of float glass by sodium-copper ion exchange // Glass Technology European Journal of Glass Science and Technology Part A. 2013. V. 54. N 3. P. 100–107.

21. Gonella F., Quaranta A., Padovani S., Sada C., D'Acapito F., Mauricio C., Battaglin G., Cattaruzza E. Copper diffusion in ion-exchanged soda-lime glass // Applied Physics A: Materials Science and Processing. 2005. V. 81. N 5. P. 1065–1071. doi: 10.1007/s00339-004-2949-7

22. Yoko T., Nishiwaki T., Kamiya K., Sakka S. Copper-alkali ion exchange of alkali aluminosilicate glasses in copper-containing molten salt: II, divalent copper salts, CuCl2 and CuSO4 // Journal of the American Ceramic Society. 1991. V. 74. N 5. P. 1112–1116. doi: 10.1111/j.1151-2916.1991.tb04350.x

23. Фролова Е.С., Минайчева В.Е. Вакуумная техника. Справочник. М.: Машиностроение, 1985. 360 с.

24. Kaganovskii Yu., Mogilko E., Lipovskii A.A., Rosenbluh M. Formation of nanoclusters in silver-doped glasses in wet atmosphere // Journal of Physics: Conference Series. 2007. V. 61. N 1. P. 508–512. doi: 10.1088/1742-6596/61/1/103 .А. Дёмичев, А.И. Сидоров, Н.В. Никоноров, Т.А. Шахвердов Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2015, том 15, № 1 59

25. Егоров В.И., Нащекин А.В., Образцов П.А., Сидоров А.И., Брунков П.Н. Исследование морфологиче- ских особенностей наночастиц серебра в приповерхностных слоях стекла при их синтезе методом термообработки в парах воды // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 3. С. 61–67.

26. Образцов П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Панфилова А.В., Брунков П.Н. Фор- мирование наночастиц серебра на поверхности силикатных стекол после ионного обмена // Физика твердого тела. 2013. Т. 55. № 6. С. 1180–1186.

27. Sgibnev E.M., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Efimov A.M., Postnikov E.S. Effects of silver ion exchange and subsequent treatments on the UV–VIS spectra of silicate glasses. I. Undoped, CeO2-doped, and (CeO2 + Sb2O3)-codoped photo-thermo-refractive matrix glasses // Journal of Non-Crystalline Solids. 2013. V. 378. P. 213–226. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2013.07.010

28. Feng Q., Yunqiang T., Jian Z., Yinghui C., Jie Z., Pengfei W., Farrell G. Photoluminescence of copper ionexchanged planar waveguides in commercial soda-lime glass // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2008. V. 7134. Art. 71343J.

29. Nebolova P., Spirkova J., Perina V., Jirka I., Mach K., Kuncova G. A study of the preparation and properties of copper-containing optical planar glass waveguides // Solid State Ionics. 2001. V. 141–142. P. 609–615. doi: 10.1016/S0167-2738(01)00776-7

30. Kawasaki H., Kosaka Y., MyoujinY., Narushima T., Yonezawa T., Arakawaa R. Microwave-assisted polyol synthesis of copper nanocrystals without using additional protective agents // Chemical Communications. 2011. V. 47. N 27. P. 7740–7742. doi: 10.1039/c1cc12346g

31. Lu Y.Z., Wei W.T., Chen W. Copper nanoclusters: synthesis, characterizatio



Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика