СИНТЕЗ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ОКСОХЛОРИДНЫХ  СВИНЦОВОСИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ, АКТИВИРОВАННЫХ НЕОДИМОМ

D.A. Butenkov; A.M. Slastuhina; K.I. Runina; M.B. Grishechkin; O.B. Petrova; Levonovich Levonovich

doi:10.6060/10.6060/rcj.2022663.2

D.A. Butenkov Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
A.M. Slastuhina Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
K.I. Runina Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
M.B. Grishechkin Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
O.B. Petrova Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Levonovich Levonovich АО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш»

DOI: https://doi.org/10.6060/10.6060/rcj.2022663.2

Ключевые слова: оксогалогенидные стекла, люминесценция, неодим, хлорид свинца

Аннотация

Представлены результаты исследований стекол в системе PbCl₂-PbO-SiO₂, активированных ионами Nd³⁺. Экспериментально измерены значения интенсивности фотолюминесценции, поглощения, микротвёрдости, показателя преломления и характеристических температур стёкол. Аморфная структура исследуемых образцов доказана методом дифракции рентгеновских лучей. Рентгеноспектральный микроанализ подтверждает вхождение хлорида свинца в состав стекол. Добавление PbCl₂ приводит к уменьшению температур стеклования, кристаллизации и плавления, что обусловлено образованием новых структурно-химических единиц и значительными изменениями в сетке стекла. Снижение значений микротвердости является следствием структурных изменений. Стекла обладают большим показателем преломления в диапазоне 1,78-2,09. В статье впервые подробно исследованы спектрально-люминесцентные свойства ионов неодима в стеклах системы PbCl₂-PbO-SiO₂. На спектрах поглощения присутствуют типичные для Nd³⁺ полосы поглощения в видимой и инфракрасной областях. Коротковолновый край поглощения лежит в диапазоне 350–380 нм, он сдвинут в ультрафиолетовую область на 40 нм по сравнению с бинарными стеклами PbO-SiO₂. Синтезированные в ходе работы стекла проявляют интенсивную фотолюминесценцию в инфракрасной области спектра, типичную для неодима. Интенсивность фотолюминесценции увеличивается при увеличении доли хлорида свинца в составе свинцосиликатных оксохлоридных стекол. Добавки PbCl₂ в свинцово-силикатные стекла снижают максимум фононной энергии матрицы. Уменьшение фононной энергии снижает вероятность безызлучательной релаксации. Ион Nd³⁺, находясь в низкоэнергетичном окружении, люминесцирует более эффективно, так как энергия возбуждения не рассеивается на тепловые колебания матрицы. Изученные стекла перспективны для применений в качестве материалов для инфракрасного диапазона спектра.

Для цитирования:

Бутенков Д.А., Сластухина А.М., Рунина К.И., Гришечкин М.Б., Петрова О.Б., Левонович Б.Н. Синтез и люминесцентные свойства оксохлоридных свинцовосиликатных стекол, активированных неодимом. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 3. С. 6-12. DOI: 10.6060/rcj.2022663.2.

Литература

Bowman S. R., Shaw L. B., Feldman B. J., Ganem J. A 7–μm praseodymium–based solid–state laser. IEEE J. Quantum Electronics. 1996. V. 32. P. 646–649. DOI: 10.1109/3.488838.

Jones I. K., Hömmerich U., Brown E., Trivedi S. B. Spectroscopic Properties of Pr-doped PbCl2 for Eye-Safe 1.6 um Laser Applications. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2014. V. 8959. P. 1–6. DOI: 10.1117/12.2037374.

Brown E., Hömmerich U., Bluiett A. G., Trivedi S. B., Zavada J. M. Synthesis and spectroscopic properties of neodymium doped lead chloride. Journal of Applied Physics. 2007. V. 101. N 11. P. 1–7. DOI: 10.1063/1.2738418.

Kaminskii A. A., Eichler H. J., Findeisen J., Barta Ch. Room–Temperature High–Order Stimulated Raman Scat-tering and Stimulated Emission in Ultra–Low–Phonon Energy Orthorhombic PbCl2:Nd3+ Crystal. Physica Status Solidi. 1998. V. 206. P. 3–4. DOI 10.1002/(SICI)1521-3951(199803)206:13.0.CO;2-E.

Sokolov I.A., Murin I.V., Wiemhöfer H.D., Pronkin A.A. The nature of current carriers and electric conductivity in the PbCl2–2PbO·SiO2 glasses. Glass Physics and Chemistry. 2000. V. 26. P. 148–157. DOI: 10.1007/BF02735960.

Butenkov D.A., Runina K.I., Petrova O.B. Synthesis and properties of Nd-doped chlorofluorosilicate lead glasses. Glass and Ceramics. 2021. V. 78. P. 135–139. DOI: 10.1007/s10717-021-00363-3.

Kiprianov A.A., Karpukhina N.G. Oxyhalide silicate glasses. Glass Physics and Chemistry. 2006. V. 32. P. 1–27. DOI: 10.1134/S1087659606010019.

Dongmei Zh., Wancheng Zh., Hongsheng Zh. Properties of leadhalide glasses in the PbBr2–PbCl2–PbF2–PbO–P2O5 system. Journal of Non-Crystalline Solids. 2001. V. 281. P. 86–90. DOI:10.1016/s0022-3093(00)00433-6.

Pisarska J. Novel oxychloroborate glasses containing neodymium ions: Synthesis, structure and luminescent properties. Journal of Molecular Structure. 2008. V. 887. N 1–3. P. 201–204. DOI: 10.1016/j.molstruc.2008.02.044.

Singh G. P., Kaur P., Kaur S., Singh D.P. Role of WO3 in structural and optical properties of WO3–Al2O3–PbO–B2O3 glasses. Physica B: Condensed Matter. 2011. V. 406. N 24. P. 4652–4656. DOI: 10.1016/j.physb.2011.09.052.

Chethana B., Viswanatha R., Narayana R. C., Rao K. Thermal and spectroscopic investigations of glasses in the system PbO–PbCl2–PbBr2. Physics and Chemistry of Glasses: European Journal of Glass Science and Technol-ogy Part B. 2015. V. 56. N 3. P. 115–120. DOI: 10.13036/17533562.56.3.115.

Coon J., Shelby J. Properties and Structure of Lead Halosilicate Glasses. Journal of the American Ceramic Society. 1990. V. 73. N 2. P. 379–382. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1990.tb06521.x.

Rao K. J., Rao B. G., Elliott S. R. Glass formation in the system PbO–PbCl2. Journal of Materials Science. 1985. V. 20. P. 1678–1682. DOI: 10.1007/BF00555271.

Dongmei Zh., Wancheng Zh., Hongsheng Zh. Glass for-mation in the PbBr2–PbCl2–PbF2–PbO–P2O5 system. Journal of Non-Crystalline Solids. 2000. V. 270. N 1–3. P. 278–282. DOI: 10.1016/s0022-3093(00)00065-x.

Kohara S., Ohno H., Takata M., Usuki T., Morita H., Suzuya K., Akola J., Pusztai L. Lead silicate glasses Binary network–former glasses with large amounts of free volume. Physical Review B. 2010. V. 82. P. 1–7. DOI: 10.1103/PhysRevB.82.134209.

Mythili N., Arulmozhi K. T., Fareed S. S. A comparative study: On the properties of PbO-SiO2 glass systems synthesized via different routes. Optik. 2016. V. 127. N 22. P. 10817-10824. DOI: 10.1016/j.ijleo.2016.08.096.

Orlovskii Y. V., Basiev T. T., Pukhov K. K., Doroshenko M. E., Badikov V. V., Badikov D. V., Mirov S. B. Mid-IR transitions of trivalent neodymium in low phonon laser crystals. Optical Materials. 2007. V. 29. N 9. P. 1115–1128. DOI: 10.1016/j.optmat.2006.05.009.

Chahal R., Starecki F., Doualan J.-L., Němec P., Trapananti A., Prestipino C., Nazabal V. Nd3+:Ga-Ge-Sb-S glasses and fibers for luminescence in mid-IR: synthesis, structural characterization and rare earth spectroscopy. Optical Materials Express. 2018. V. 8 N 6. P. 1650-1671. DOI:10.1364/ome.8.001650.

Nostrand M. C., Page R. H., Payne S. A., Isaenko L. I., Yelisseyev A. P. Optical properties of Dy3+– and Nd3+–doped KPb2Cl5. Optical Society of America. 2001. V. 18, P. 264–276. DOI: 10.1364/JOSAB.18.000264.

Basiev T. T., Danileiko Yu. K., Dmitruk L. N., Galagan B. I., Moiseeva L. V., Osiko V. V., Sviridova E. E., Vinogra-dova N. N. The purification, crystal growth, and spectral–luminescent properties of PbCl2:RE. Optical Materials. 2004. V. 25. P. 295. DOI: 10.1016/j.optmat.2003.08.011.