СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА КАЛИЕВО-АЛЮМОБОРАТНЫХ СТЕКОЛ С НАНОКРИСТАЛЛАМИ ФЕРРИТА МАРГАНЦА

Предмет исследования. Представлены результаты исследований оптических свойств калиево-алюмоборатных стекол, активированных ионами железа и марганца. Исследован процесс формирования нанокристаллов феррита марганца MnFe₂O₄ в калиево-алюмоборатной стеклообразной матрице. Исследованы магнитооптические характеристики. Метод. Исследуемые стекла синтезированы методом плавки шихты в тигле. Использована калиево-алюмоборатная стеклообразная система (K₂O-Al₂O₃-B₂O₃), предложенная С.А. Степановым (ГОИ им. С.И. Вавилова). Активирующие добавки – Fe₂O₃ 3 вес.% и MnO 2 вес.% (состав №1) и Fe₂O₃ 2 вес.% и MnO 1 вес.% (состав №2). Температура стеклования 430 °C. Выделение нанокристаллической фазы феррита марганца MnFe₂O₄ происходило в процессе термической обработки при температуре 550 °С в течении 2 часов в программируемой муфельной печи. Спектр поглощения в диапазоне длин волн 200–2000 нм регистрировался на спектрофотометрах Lambda 650 Perkin Elmer и Varian Cary 500. Рентгенограммы получены на рентгеновском дифрактометре Rigaku Ultima IV с использованием медного анода с длиной волны излучения λ(Cu) = 0,15418 нм. Магнитооптическая константа Верде измерялась по углу поворота плоскости поляризации, проходящего через образец света при приложении к образцу магнитного поля. Основные результаты. Разработаны и исследованы новые технологические режимы синтеза калиево-алюмоборатных стекол, активированных ионами железа и марганца. Установлено, что при термообработке выделяются нанокристаллы ферритов марганца со средним размером 18 нм. Полученные стекла имеют постоянную Верде 0,9 угл.мин/(см·Э). Показано, что полученные стекла имеют высокое поглощение в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра, в то же время в ближнем инфракрасном диапазоне эти стекла прозрачны. Практическая значимость. Предложенные и исследованные в работе наностеклокерамики могут служить основной для оптических изоляторов на основе эффекта Фарадея и в качестве чувствительных сред для датчиков силы тока и магнитного поля.

1. Shen Y., Lu Y., Liu Z., Yu X., Zhang G., Yu W. Performance of magneto-optical glass in optical current transducer application // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015. V. 389. P. 180–185. doi: 10.1016/j.jmmm.2015.04.054
2. Chen Q., Ma Q, Wang H., Chen Q. Structural and properties of heavy metal oxide Faraday glass for optical current transducer // Journal of Non-Crystalline Solids. 2015. V. 429. P. 13–19. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2015.08.031
3. Chen Q., Wang H., Perero S., Wang Q., Chen Q. Structural, optical and magnetic properties of Fe3O4 sputtered TeO2–PbO–B2O3 and PbO–Bi2O3–B2O3 glasses for sensing applications // Journal of Non-Crystalline Solids. 2015. V. 408. P. 43–50. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2014.10.011
4. Starobor A., Zheleznov D., Palashov O., Savinkov V., Sigaev V. Borogermanate glasses for Faraday isolators at high average power // Optics Communications. 2016. V. 358. P. 176–179. doi: 10.1016/j.optcom.2015.09.047
5. Chen Z., Yang L., Wang X., Wang J., Hang Y. Fabrication and characterizations of a Erbium doped terbium gallium garnet crystal for Faraday rotators // Materials Letters. 2015. V. 161. P. 93–95. doi: 10.1016/j.matlet.2015.08.085
6. Савинков В.И., Саркисов П.Д., Сигаев В.Н., Голубев Н.В., Лопатина Е.В. Борогерманатные стекла с магнитооптическими свойствами // Успехи в химии и химической технологии. 2008. Т. 22. №7(87). С. 39–44.
7. Кринчик Г.С., Четкин М.В. Прозрачные ферромагнетики // УФН. 1969. Т. 98. № 1. С. 3–25.
8. Эдельман И.С.,.Иванцов Р.Д, Степанов С.А., Васильева И.Г., Васильев А.Д., Баюков О.А., Зарубина Т.В., Корнилова Э.Е., Балаев А.Д., Иванова О.С., Мягков В.Г., Соколов А.Э. Магнитные и магнитооптические свойства наноразмерных частиц феррита марганца в матрице боратного стекла: прямое наблюдение частиц, корреляция между размерами частиц и свойствами стекла // Вестник КГУ: Физико-математические науки. 2004. №1. С. 62–69.
9. Kliava J., Edelman I., Ivanova O., Ivantsov R., Bayukov O., Petrakovskaja E., Zaikovskiy V., Bruckental I., Yeshurun Y., Stepanov S. Formation and evolution of magnetic nanoparticles in borate glass simultaneously doped with Fe and Mn oxides // Journal of Applied Physics. 2008. V. 104. N 10. Art. 103917. doi: 10.1063/1.3021289
10. Эдельман И.С., Скороспелова В.И., Степанов С.А., Анистратова Н.А. Спектральные и магнитооптические свойства калиевоалюмоборатных стекол, содержащих железо и марганец // ФХС. 1983. Т. 9. №4. С. 481–486.
11. Эдельман И.С., Степанов С.А., Иванцов Р.Д., Зарубина Т.В., Корнилова Э.Е., Васильев А.Д. Боратные стекла с парамагнитными добавками – новый магнитооптический материал для инфракрасной области спектра // ФХС. 2001. Т. 27. №5. С. 664–672.
12. Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства // Успехи химии. 2005. №74. С. 539–574.
13. Эдельман И.С., Иванцов Р.Д., Васильев А.Д., Балаев А.Д., Баюков О.А., Степанов С.А., Корнилова Э.Е., Зарубина Т.В., Исаева Т.Н., Молокеев М.С. Магнитные и магнитооптические свойства наноразмерных частиц феррита марганца в матрице боратного стекла // Вестник КрасГУ. 2014. Сер. 9. № 1. С. 132–157.
14. Иванова O.C., Великанов Д.А., Диденко О.Н., Зайковский В.И. Магнитные свойства и морфология наночастиц феррита марганца в стекле // Журнал СФУ. Серия: Математика и физика. 2011. №4. С. 470–478.
15. Скороспелова В.И., Степанов С.А. Поведение ионов железа в стеклах системы K2O–Al2O3–B2O3 // Неорганические материалы. 1974. Т. 10. С. 1864–1871.
16. Степанов С.А. Кластеры парамагнитных ионов в стекле // ФХС. 1976. Т. 2. № 3. С. 228–233.
17. Горшков В.С., Савельев В.Г., Федоров Н.Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. М.: Высшая школа, 1988. 400 с.
18. Варгин В.В. Производство цветного стекла / Под ред. акад. И.В. Гребенщикова. М.–Л.: Гизлегпром, 1940. 283 с.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License