ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА КЛАСТЕРОВ СЕРЕБРА, СФОРМИРОВАННЫХ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНОМ СТЕКЛЕ

Предмет исследования. В работе впервые исследовано влияние длительности ионного обмена на спектрально-люминесцентные свойства кластеров серебра, сформированных в фото-термо-рефрактивном стекле. Метод. Для исследования было синтезировано матричное фото-термо-рефрактивное стекло на основе системы Na₂O-Al₂O₃-ZnO­-SiO₂-F, активированное оксидом сурьмы Sb₂O₃ в концентрации 0,002 мол.%. Серебро вводилось методом низкотемпературного ионного обмена, для чего образцы фото-термо-рефрактивного стекла погружались в смесь нитратов 5AgNO₃/95NaNO₃ (мол.%) при температуре 320 ºС. Длительность ионного обмена варьировалась от 5 минут до 21 часа. Люминесцентные кластеры серебра были сформированы в поверхностном слое фото-термо-рефрактивного стекла в результате последующей термообработки при температуре 450 ºС. Основные результаты. При введении ионов серебра методом ионного обмена в фото-термо-рефрактивное стекло наблюдается длинноволновый сдвиг края ультрафиолетового поглощения. Положение края ультрафиолетового поглощения и максимума фотолюминесценции кластеров серебра определяется длительностью ионного обмена и сдвигается в красную область спектра при увеличении времени ионного обмена. Квантовый выход люминесценции с ростом длительности ионного обмена падает согласно уравнению Штерна–Фольмера. Практическая значимость. Результаты работы могут быть применены для разработки белых светодиодов и даун-конвертеров солнечного излучения.

1. Roduner E. Size matters: why nanomaterials are different // Chemical Society Reviews. 2006. V. 35. N 7. P. 583–592. doi: 10.1039/b502142c
2. Royon A., Bouhris K., Bechou L., Cardinal T., Canioni L., Deshayes Y. Durability study of a fluorescent optical memory in glass studied by luminescence spectroscopy // Microelectronics Reliability. 2013. V. 53. N 9-11. P. 1514–1518. doi: 10.1016/j.microrel.2013.07.110
3. Diez I., Kanyuk M.I., Demchenko A.P., Walther A., Jiang H., Ikkala O., Ras R.H.A. Blue, green and red emissive silver nanoclusters formed in organic solvents // Nanoscale. 2012. V. 4. N 15. P. 4434–4437. doi: 10.1039/c2nr30642e
4. De Cremer G., Coutino-Gonzalez E., Roeffaers M.B.J., Moens B., Ollevier J., Van Der Auweraer M., Schoonheydt R., Jacobs P.A., De Schryver F.C., Hofkens J., De Vos D.E., Sels B.F., Vosch T. Characterization of fluorescence in heat-treated silver-exchanged zeolites // Journal of American Chemical Society. 2009. V. 131. N 8. P. 3049–3056. doi: 10.1021/ja810071s
5. Fedrigo S., Harbich W., Buttet J. Optical response of Ag2, Ag3, Au2, and Au3 in argon matrices // The Journal of Chemical Physics. 1993. V. 99. N 8. P. 5712–5717.
6. Rabin I., Schulze W., Ertl G., Felix C., Sieber C., Harbich W., Buttet J. Absorption and fluorescence spectra of Ar-matrix-isolated Ag3 clusters // Chemical Physics Letters. 2000. V. 320. N 1-2. P. 59–64.
7. Felix C., Sieber C., Harbich W., Buttet J., Rabin I., Schulze W., Ertl G. Fluorescence and excitation spectra of Ag 4 in an argon matrix // Chemical Physics Letters. 1999. V. 313. N 1-2. P. 105–109.
8. Kuznetsov A.S., Tikhomirov V.K., Shestakov M.V., Moshchalkov V.V. Ag nanocluster functionalized glasses for efficient photonic conversion in light sources, solar cells and flexible screen monitors // Nanoscale. 2013. V. 5. N 21. P. 10065–10075. doi: 10.1039/c3nr02798h
9. Cattaruzza E., Caselli V. M., Mardegan M., Gonella F., Bottaro G., Quaranta A., Valotto G., Enrichi F. Ag+↔ Na+ ion exchanged silicate glasses for solar cells covering: down-shifting properties // Ceramics International. 2015. V. 41. N 5. P. 7221–7226. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.02.060
10. Sgibnev Y.M., Nikonorov N.V., Ignatiev A.I. Luminescence of silver clusters in ion-exchanged cerium-doped photo-thermo-refractive glasses // Journal of Luminescence. 2016. V. 176. P. 292–297. doi: 10.1016/j.jlumin.2016.04.001
11. Cattaruzza E., Mardegan M., Pregnolato T., Ungaretti G., Aquilanti G., Quaranta A., Battaglin G., Trave E. Ion exchange doping of solar cell coverglass for sunlight down-shifting // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2014. V. 130. P. 272–280. doi: 10.1016/j.solmat.2014.07.028
12. Klyukin D.A., Sidorov A.I., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V. Luminescence quenching and recovering in photo-thermo-refractive silver-ion doped glasses // Optical Materials. 2014. V. 38. P. 233–237. doi: 10.1016/j.optmat.2014.10.037
13. Nikonorov N.V., Aseev V.A., Dubrovin V.D., Ignatiev A.I., Ivanov S.A., Sgibnev Y.M., Sidorov A.I. Design and fabrication of optical devices based on new polyfunctional photo-thermo-refractive glasses // Proc. 4th Int. Conf. on Photonics, Optics and Laser Technology PHOTOPTICS 2016. Rome, Italy, 2016. P. 20–27.
14. Nikonorov N.V., Panysheva E.I., Tunimanova I.V., Chukharev A.V. Influence of glass composition on the refractive index change upon photothermoinduced crystallization // Glass Physics and Chemistry. 2001. V. 27. N 3. P. 241–249. doi: 10.1023/A:1011392301107
15. Ivanov S.A., Ignat'ev A.I., Nikonorov N.V., Aseev V.A. Holographic characteristics of a modified photothermorefractive glass // Journal of Optical Technology. 2014. V. 81. N 6. P. 356–360. doi: 10.1364/JOT.81.000356
16. Andrusyak O., Smirnov V., Venus G., Rotar V., Glebov L. Spectral combining and coherent coupling of lasers by volume Bragg gratings // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2009. V. 15. N 2. P. 344–353. doi: 
17. Aseev V.A., Nikonorov N.V. Spectroluminescence properties of photothermorefractive nanoglass-ceramics doped with ytterbium and erbium ions // Journal of Optical Technology. 2008. V. 75. N 10. P. 676–681.
18. Sato Y., Taira T., Smirnov V., Glebova L., Glebov L. Continuous-wave diode-pumped laser action of Nd 3+-doped photo-thermo-refractive glass // Optics Letters. 2011. V. 36. N 12. P. 2257–2259. doi: 10.1364/OL.36.002257
19. Ignat'ev A.I., Nikonorov N.V., Tsekhomskii V.A., Tsygankova E.V. Features of the photosensitivity of photothermorefractive laser nanoglass-ceramics doped with rare-earth ions // Journal of Optical Technology. 2009. V. 76. N 1. P. 43–47.
20. Nikonorov N.V., Savin A.A., Tsekhomskii V.A. Influence of ionizing radiation on the spectral properties of photo-thermo-refractive glass containing silver nanoparticles // Glass Physics and Chemistry. 2013. V. 39. N 3. P. 261–265. doi: 10.1134/S1087659613030152
21. Sgibnev Y., Nikonorov N., Ignatiev A., Vasilyev V., Sorokina M. Photostructurable photo-thermo-refractive glass // Optics Express. 2016. V. 24. N 5. P. 4563–4572. doi: 10.1364/OE.24.004563
22. Sgibnev Y.M., Nikonorov N.V., Vasilev V.N., Ignatiev A.I. Optical gradient waveguides in photo-thermo-refractive glass formed by ion exchange method // Journal of Lightwave Technology. 2015. V. 33. N 17. P. 3730–3735. doi: 10.1109/JLT.2015.2456239
23. Morain M., Barton J.L. Proc. Symp. sur la Surface du Verre et ses Traitements Modernes. Luxemburg, 1967. P. 207.
24. 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
25. Borsella E., Gonella F., Mazzoldi P., Quaranta A., Battaglin G., Polloni R. Spectroscopic investigation of silver in soda-lime glass // Chemical Physics Letters. 1998. V. 284. N 5. P. 429–434.
26. Simo A., Polte J., Pfander N., Vainio U., Emmerling F., Rademann K. Formation mechanism of silver nanoparticles stabilized in glassy matrices // Journal of the American Chemical Society. 2012. V. 134. N 45. P. 18824–18833. doi: 10.1021/ja309034n
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. Keizer J. Nonlinear fluorescence quenching and the origin of positive curvature in Stern-Volmer plots // Journal of the American Chemical Society. 1983. V. 105. N 6. P. 1494–1498.
 

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