ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕЕ СТЕКЛО Российский патент 2015 года по МПК C03C3/15 

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам алюмоборатных стекол, которые могут использоваться в качестве преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра.

Известно люминесцирующее стекло следующего состава, мол.%: (50-60) SiO₂, (20-28) Al₂O₃, (4-10) Y₂O₃, (5-15) SnO₂, (1-4) CuO (BY №7700).

Основным недостатком известного стекла является зависимость контура полосы люминесценции (положения максимумов и относительных интенсивностей составляющих индивидуальных полос, обусловленных ионами Sn²⁺ и Cu⁺) от длины волны возбуждения. Это делает проблематичным использование известного стекла в качестве люминесцентного стандарта для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра.

Известно метафосфатное стекло состава, мол.%: 57,7 LiPO₃ - 28,86 Al(РО₃)₃ - 10 Ва(РО₃)₂ - 2 La₂O₃ - 1,4 Sb₂O₃ (М. Elisa, В. Sava, A. Diaconu, D. Ursu, R. Patrascu. Fluorescence of copper, manganese and antimony ions in phosphate glass host // Journal of Non-Crystalline Solids 355 (2009) 1877-1879).

Недостатками являются узкая полоса (Δλ≈80 нм) видимой люминесценции при λ≈450 нм и существенный дрейф ее положения в зависимости от длины волны возбуждения. Это не позволяет использовать известное стекло для преобразования ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра.

Известно стекло состава, мол.%: (50 TeO₂ - 30 PbF₂ - 20 AlF₃) + (5 Yb₂O₃ - 0,2 Er₂O₃ - 0,5 Tm₂O₃) (Chengguo Ming, Feng Song, Xiaobin Ren, Liqun An, Yueting Qin. Tm³⁺/Er³⁺/Yb³⁺tri-doped TeO₂-PbF₂-AlF₃ glass for white-light-emitting diode // Optics Communications, v. 304 (2013) p.80-82).

Стекло имеет узкие (Δλ≈16-26 нм) полосы люминесценции при λ≈475, 525, 546 и 659 нм, обусловленные ионами Er³⁺ и Tm³⁺. Это не позволяет использовать известное стекло для преобразования ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Кроме того, известное стекло содержит токсичные Те и Pb.

Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее стекло следующего состава, мол. %: (65-73) B₂O₃, (15-20) Al₂O₃, (8-15) La₂O₃ или Y₂O₃, (0,1-4) Sm₂O₃ (BY №14839).

Недостатком прототипа являются узкие (Δλ~15 нм) полосы люминесценции, обусловленные переходами ⁴G_5/2→⁶H_j ионов активатора (Sm³⁺), наиболее интенсивные из которых лежат при λ≈563, 598 и 645 нм. Это не позволяет использовать прототип в качестве преобразователя ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет и стандарта для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной области спектра.

Задачей предлагаемого изобретения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося бесструктурной полосой люминесценции, простирающейся от ближней ультрафиолетовой до ближней инфракрасной областей спектра и пригодного для использования в качестве преобразователя ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандарта для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в соответствующих областях спектра.

Для решения поставленной задачи люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (B₂O₃), алюминия (Al₂O₃) и лантана (La₂O₃) и/или иттрия (Y₂O₃), дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb₂O₃) при следующем соотношении компонентов, мол %: (58-67) B₂O₃, (22-32) Al₂O₃, (5-12) La₂O₃ и/или Y₂O₃ и сверх 100% (0,3-10) Sb₂O₃.

Исходные материалы смешивали в требуемом соотношении, а полученную шихту плавили на воздухе в платиновом тигле в течение 1 часа. Выработку осуществляли путем отлива расплава на металлическую плиту.

Уменьшение концентрации Sb₂O₃ ниже заявляемой нецелесообразно из-за низкой интенсивности люминесценции. Увеличение концентрации Sb₂O₃ сверх заявляемой нецелесообразно из-за концентрационного тушения люминесценции. Изменение концентрации остальных ингредиентов, в том числе замена La₂O₃ на Y₂O₃, в заявляемых пределах слабо влияет на спектр и интенсивность люминесценции заявляемого стекла.

Составы заявляемого люминесцирующего стекла, показатель поглощения k при λ=280 нм, интегральная интенсивность люминесценции и полуширина полосы люминесценции Δλ (измерены для образцов толщиной 1 мм при длине волны возбуждения λ_в=270 нм) представлены в таблице.

Таблица № образца Состав, мол.% k, см^-1 I, отн.ед. Δλ, нм B₂O₃ Al₂O₃ La₂O₃ и/или Y₂O₃ Sb₂O₃ 1 67 22 11 0,3 3,5 0,3 280 2 63 27 9,5 0,5 7,6 0,7 300 3 60 30 10 1 14,7 1,0 320 4 58 32 10 3 48 0,6 330 5 62 28 5 5 >75 0,4 330 6 59 29 12 10 >100 0,1 350

На фигурах 1 и 2 изображены соответственно спектр светоослабления и «квантовые» спектры люминесценции при λ_в=270 нм (кривая 1) и возбуждения люминесценции при длине волны регистрации λ_р=450 нм (кривая 2) заявляемого стекла (образец №3).

Видно, что заявляемое люминесцирующее стекло характеризуется поглощением при λ≤350 нм и бесструктурной полосой люминесценции, простирающейся от ближней ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области спектра. Следует отметить, что форма и положение данной полосы люминесценции слабо зависит от длины волны возбуждения. Это обеспечивает заявляемому люминесцирующему стеклу преимущество при использовании в качестве (1) преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, (2) стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Кроме того, оно не содержит токсичных компонентов.

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам алюмоборатных стекол, которые могут использоваться в качестве преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции. Техническим результатом изобретения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося бесструктурной полосой люминесценции. Люминесцирующее стекло содержит B₂O₃, Al₂O₃, La₂O₃ и/или Y₂O₃ и Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мол.%: 58-67 B₂O₃, 22-32 Al₂O₃, 5-12 La₂O₃ и/или Y₂O₃ и сверх 100% 0,3-10 Sb₂O₃. 1 табл., 2 ил.

Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (B₂O₃), алюминия (Al₂O₃) и лантана (La₂O₃) и/или иттрия (Y₂O₃), отличающееся тем, что дополнительно содержит оксид сурьмы (Sb₂O₃) при следующем соотношении компонентов, мол.%:
B₂O₃ 58-67 Al₂O₃ 22-32 La₂O₃ и/или Y₂O₃ 5-12 Sb₂O₃ 0,3-10 сверх 100%