УСИЛЕНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ИОНОВ Eu³⁺ В НАТРИЕВО-АЛЮМОСИЛИКАТНОМ СТЕКЛЕ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ КЛАСТЕРАМИ СЕРЕБРА, СФОРМИРОВАННЫМИ МЕТОДОМ Na⁺-Ag⁺ ИОННОГО ОБМЕНА 

Марасанов Д.В.,Сгибнев Е.М.,Никоноров Н.В.Усиление фотолюминесценции ионов Eu³⁺в натриево-алюмосиликатном стеклемолекулярными кластерами серебра,сформированными методом Na⁺–Ag⁺ ионного обмена // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 3. С.451–457. doi:10.17586/2226-1494-2019-19-3-451-457

Предмет исследования. В работе исследовано взаимодействие молекулярных кластеров серебра с ионами европия в ионообменных слоях натриево-алюмосиликатного стекла. Метод. Для исследования были синтезированы стекла, представляющие собой матрицу на основе Na₂O–ZnO–Al₂O₃–SiO₂–F системы, активированную оксидами сурьмы Sb₂O₃ и европия Eu₂О₃. Серебро вводилось методом низкотемпературного Na+–Ag+ ионного обмена, для чего образцы стекла погружались в смесь нитратов 5AgNO₃/95NaNO₃ (мол.%) при температуре 320 °С на 15 мин. Для формирования молекулярных кластеров стекла после ионного обмена обрабатывались при температурах 350–450 °С в течение 20 ч. Для формирования наночастиц серебра стекла обрабатывались при температуре 500 °С. Основные результаты. В работе изучены спектрально-люминесцентные свойства натриево-алюмосиликатных стекол, активированных европием, с молекулярными кластерами серебра в ионообменных слоях. Обнаружено, что интенсивность люминесценции ионов Eu3+ в стеклах с кластерами серебра значительно превышает интенсивность в исходных стеклах. Максимальной интенсивностью люминесценции как кластеров серебра, так и европия, обладают стекла, обработанные при температуре 450 °С. В стеклах с наночастицами серебра наблюдается тушение люминесценции. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке люминофоров для светодиодов и конвертеров ультрафиолетового излучения для солнечных батарей.

1. 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
2. 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
3. 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.
4. 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.
5. Felix C., Sieber C., Harbich W., Buttet J., Rabin I., Schulze W., Ertl G. Fluorescence and excitation spectra of Ag4 in an argon matrix // Chemical Physics Letters. 1999. V. 313. N 1-2. P. 105– 109.
6. Maurel C., Cardinal T., Bellec M., Canioni L., Bousquet B., Treguer M., Videau J.J., Choia J., Richardson M. Luminescence properties of silver zinc phosphate glasses following different irradiations // Journal of Luminescence. 2009. V. 129. N 12. P. 1514–1518. doi: 10.1016/j.jlumin.2008.12.023
7. Royon A., Bourhis K., Bellec M., Papon G., Bousquet B., Deshayes Y., Cardinal T., Canioni L. Silver clusters embedded in glass as a perennial high capacity optical recording medium // Advanced Materials. 2010. V. 22. N 46. P. 5282–5286. doi: 10.1002/adma.201002413
8. Bellec M., Royon A., Bourhis K., Choi J., Bousquet B., Treguer M., Cardinal T., Videau J.-J., Richardson M., Canioni L. 3D patterning at the nanoscale of fluorescent emitters in glass // Journal of Physical Chemistry C. 2010. V. 114. N 37. P. 15584–15588. 
9. Bourhis K., Royon A., Papon G., Bellec M., Petit Y., Canioni L., Dussauze M., Rodriguez V., Binet L., Caurant D., Treguer M.,
 Videau J.-J., Cardinal T. Formation and thermo-assisted stabilization of luminescent silver clusters in photosensitive glasses // Materials Research Bulletin. 2013. V. 48. N 4. P. 1637–1644. doi: 10.1016/j.materresbull.2013.01.003
10. Smetanina E., Chimier B., Petit Y., Varkentina N., Fargin E., Hirsch L., Cardinal T., Canioni L., Duchateau G. Modeling of cluster organization in metal-doped oxide glasses irradiated by a train of femtosecond laser pulses // Physical Review A. 2016. V. 93. N 1. P. 1–15. doi: 10.1103/physreva.93.013846
11. Spierings G. Optical absorption of Ag+ ions in 11(Na, Ag)2O·11B2O3·78SiO2 glass // Journal of Non-Crystalline Solids. 1987. V. 94. N 3. P. 407–411. doi: 10.1016/s0022-3093(87)80075-3
12. Sgibnev E. M., Nikonorov N. V., Ignat’ev A. I. Spectral-luminescent properties of silver molecular clusters and nanoparticles formed by ion exchange in antimony-doped photo-thermo- refractive glasses // Optics and Spectroscopy. 2017. V. 122. N 1. P. 133–138. doi: 10.1134/s0030400x1701026x
13. Sgibnev Y.M., Nikonorov N.V., Ignatiev A.I. High efficient luminescence of silver clusters in ion-exchanged antimony-doped photo-thermo-refractive glasses: influence of antimony content and heat treatment parameters // Journal of Luminescence. 2017. V. 188. P. 172–179. doi: 10.1016/j.jlumin.2017.04.028
14. 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. doi: 10.1039/c3nr02798h
15. Klyukin D.A., Sidorov A.I., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Silvennoinen M., Svirko Yu.P. Formation of luminescence centers and nonlinear optical effects in silver-containing glasses under femtosecond laser pulses // Optics and Spectroscopy. 2015. V. 119. N 3. P. 456–459. doi: 10.1134/s0030400x15090143
16. Khalil A.A., Berube J.P., Danto S., Desmoulin J.C., Cardinal T., Petit Y., Vallee R., Canioni L. Direct laser writing of a new type of waveguides in silver containing glasses // Scientific Reports. 2017. V. 7. N 1. Art. 11124. 9 p. doi: 10.1038/s41598-017-11550-0
17. Sgibnev Y., Cattaruzza E., Dubrovin V., Vasilyev V., Nikonorov N. Photo-thermo-refractive glasses doped with silver molecular clusters as luminescence downshifting material for photovoltaic applications // Particle and Particle Systems Characterization. 2018. V. 35. N 12. doi: 10.1002/ ppsc.201800141
18. Ye S., Guo Z., Wang H., Li S., Liu T., Wang D. Evolution of Ag species and molecular-like Ag cluster sensitized Eu3+ emission in oxyfluoride glass for tunable light emitting // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 685. P. 891–895. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.06.226
19. Amjad R.J., Dousti M.R., Sahar M.R., Shaukat S.F., Ghostal S.K., Sazali E.S., Nawaz F. Silver nanoparticles enhanced luminescence of Eu3+-doped tellurite glass // Journal of Luminescence. 2014. V. 154. P. 316–321. doi: 10.1016/j.jlumin.2014.05.009
20. Dousti M.R., Sahar M.R., Rohani M.S., Samavati A., Mahraz Z.A., Amjad R.J., Awang A., Arifin R. Nano-silver enhanced luminescence of Eu3+-doped lead tellurite glass // Journal of Molecular Structure. 2014. V. 1065–1066. P. 39–42. doi: 10.1016/j.molstruc.2014.02.032
21. Vijayakumar R., Marimuthu K. Luminescence studies on Ag nanoparticles embedded Eu3+ doped borophosphate glasses // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 665. P. 294–303. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.01.049
22. Zhao J., Yang Z., Yu C., Qiu J., Song Z. Preparation of ultra-small molecule-like Ag nano-clusters in silicate glass based on ion- exchange process: Energy transfer investigation from molecule- like Ag nano-clusters to Eu3+ ions // Chemical Engineering Journal. 2018. V. 341. P. 175–186. doi: 10.1016/j.cej.2018.02.028
23. Алексеев Н.Е., Гапонцев В.И., Жаботинский М.Е. Лазерные фосфатные стекла. М.: Наука, 1980. 352 с.
24. 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
25. Сгибнев Е.М. Оптические и спектральные свойства серебряных ионообменных слоев в фототерморефрактивных стеклах: дис. канд. физ.-мат. наук. Санкт-Петербург, 2017.
26. 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: downshifting properties // Ceramics International. 2015. V. 41. N 5. P. 7221–7226. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.02.060
27. Gokcea M., Senturkb U., Uslua D.K., Burgaza G., Sahinc Y., Gokced A.G. Investigation of europium concentration depen- dence on the luminescent properties of borogermanate glasses // Journal of Luminescence. 2017. V. 192. P. 263–268. doi: 10.1016/j.jlumin.2017.06.041
28. Shwetha M., Eraiah B. Influence of europium (Eu3+) ions on the optical properties of lithium zinc phosphate glasses // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 310. Art. 012033. 7 p. doi: 10.1088/1757-899x/310/1/012033

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