Влияние ультрафиолетового облучения и термообработки на люминесценцию силикатных стекол с серебром, введенным методом ионного обмена

, ,

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Россия

Влияние ультрафиолетового облучения
и термообработки на люминесценцию силикатных стекОл С СЕРЕБРОМ, введенныМ методом ионного обмена

Исследованы спектры люминесценции и поглощения силикатных стекол, содержащих серебро, введенное методом ионного обмена. Показано, что при ионном обмене часть серебра встраивается в стекло в виде нейтральных молекулярных кластеров, имеющих интенсивную люминесценцию в видимой области спектра. Изучено влияние ионов церия на люминесценцию стекол.

В работе исследовались стекла состава Na2O-ZnO-Al2O3-SiO2-NaF-NaBr, содержащие фотосенсибилизатор CeO2, изготовленные в СПб НИУ ИТМО. Серебро вводилось в стекла методом ионного обмена (ИО) [1] длительностью 15 минут из 5% расплава NaNO3+AgNO3. Измерения спектров люминесценции и поглощения проводились на волоконном спектрометре StellarNet и спектрофотометре Cary-500 (Varian) соответственно.

Исследования показали, что люминесценция возникает в стеклах непосредственно после ионного обмена (рис. 1, кривая 1). Причиной появления люминесценции является то, что при ионном обмене серебро образует в стекле не только атомарные ионы, но и молекулярные ионы и нейтральные молекулярные кластеры серебра. Захват электронов, необходимых для формирования таких нейтральных структур, может происходить с дефектов стекла. При увеличении концентрации церия в стекле интенсивность люминесценции возрастает (рис. 2). Ультрафиолетовое (УФ) облучение образцов, как до ионного обмена, так и после ионного обмена, приводит к уменьшению интенсивности люминесценции (рис. 1, кривая 2, 4). Данный результат объясняется тем, что спектр излучения ртутной лампы содержит длины волн возбуждения нейтральных кластеров серебра, поэтому происходит их фотоионизация и превращение в молекулярные ионы, имеющие люминесценцию низкой интенсивности. Образовавшиеся при этом свободные электроны захватываются дефектами кристаллической решетки стекла.

Термообработка (ТО) при 350 ˚С приводит к освобождению электронов, которые восстанавливают ионы серебра, вследствие чего образуются нейтральные молекулярные кластеры серебра. Это приводит к увеличению интенсивности люминесценции стекол (рис. 1, 2).

Рис. 1. Спектры люминесценции стекол с концентрацией церия 0,05 мол.%, содержащих серебро: 1 – после ИО; 2 – после ИО+УФ; 3 – после ИО +УФ+ТО;
4 – после УФ+ИО+УФ; 5 – после УФ+ИО+УФ+ТО, λвозб = 405 нм

Рис. 2. Спектры люминесценции стекол с различной концентрацией церия, содержащих серебро: 1 – 0,02 мол.% (после ИО+УФ+ТО); 2 – 0,05 мол%
(после ИО+ТО); 3 – 0,05 мол.% (после ИО+УФ+ТО); 4 – 0,05 мол.%
(после УФ+ИО+УФ+ТО); 5 – 0,09 мол.% (после ИО+УФ+ТО), λвозб = 405 нм

Список литературы

1. Tervonen A., West B. R., Honkanen S. Ion-exchanged glass waveguide technology. Optical Engineering. 207.