Взаимосвязь структуры и люминесцентных свойств стекол системы GeS2–Ga2S3–Sb2S3: Pr3+
Автор: hristka11 • Март 17, 2023 • Дипломная работа • 2,809 Слов (12 Страниц) • 110 Просмотры
Выпускная квалификационная работа
«Взаимосвязь структуры и люминесцентных свойств стекол системы GeS2–Ga2S3–Sb2S3: Pr3+».
Актуальность темы исследования:
Халькогенидные стекла интересны в качестве люминесцентных материалов ИК диапазона, в том числе для создания активных оптических волокон. Но, несмотря на всю их привлекательность, существует еще ряд нерешенных проблем, связанный с их применением. Одной из таких проблем является высокое концентрационное тушение люминесценции РЗИ.
Цель работы:
Установить закономерности, связывающие структурно-химическое строение матрицы халькогенидного стекла с однородностью распределения в ней РЗИ на примере псевдо тройной системы Ga2S3-GeS2-Sb2S3.
Научная новизна: Научная новизна заключается в целенаправленном изучении влияния структурно-химическое строение матрицы халькогенидного стекла на однородность распределения в ней РЗИ.
Задачи: Ранее в качестве матрицы для введения РЗИ в основном исследовалась квазибинарная система Ga2S3-GeS2. Однако недостатками этой системы являются высокая температура синтеза и высокая кристаллизационная способность, что особенно важно при вытягивании оптических волокон. Для уменьшения этих негативных факторов в данной работе состав стеклообразующей матрицы был усложнен добавлением Sb2S3. В качестве РЗИ выбран Pr3+, который интересен не только благодаря люминесценции на одной из длин волн информационных линий связи (1,3 мкм), но и благодаря широкополосной люминесценции в средней ИК области спектра от 3,5 до 5,2 мкм, что позволяет создавать, например, оптические сенсоры на СО2. Таким образом, предполагалось синтезировать в выбранной тройной системе ряд стекол. Каждое полученное стекло использовать для синтеза стекол с набором концентраций Pr3+. Исследовать с помощью КР структуру синтезированных стекол, концентрационное поведение их физико-химических, оптических и люминесцентных свойств.
Составы для синтеза и исследования выбирались таким образом, чтобы они принадлежали двум разрезам на концентрационном треугольнике (GeS2 –GaS1,5–SbS1,5) (см. Рис. 1). Во-первых, при фиксированном относительном содержании Sb2S3 менялось взаимное соотношение Ga2S3 и GeS2, во-вторых при фиксированном соотношение Ga2S3 и GeS2 менялось относительное содержание Sb2S3. Такой выбор составов позволит проследить влияние каждого из компонентов на исследуемые свойства. Кроме того, эти составы должны находиться в области стеклообразования. Выбранные составы отмечены на концентрационном треугольнике (GeS2 –GaS1,5–SbS1,5).[pic 1]
Рис. 1. Составы синтезируемых стекол отмечены ♦, составы кристаллизующихся сплавов отмечены «*» [16], линиями отмечены разрезы, которым принадлежат исследуемые составы.
Синтез проводился путем сплавления чистых компонентов в откачанных до высокого вакуума и запаянных кварцевых ампулах в несколько стадий в постоянно качающейся печи. Все стекла были получены закалкой на воздух. Таким образом, были синтезированы стеклообразные матрицы для дальнейшего получения стекол, содержащих ионы празеодима с разными концентрациями:
Было получено 5 систем стекол, содержащих разные концентрации Pr3+ :
№ | GaS1.5 мол.% | GeS2 мол.% | SbS1.5 мол.% | Pr ат. % |
1 | 5,59 | 29,42 | 64,99 | 0,3; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 |
2 | 14,71 | 20,29 | 65,00 | 0,1; 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 |
3 | 30,00 | 41,40 | 28,60 | 0,1; 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 |
4 | 35,00 | 48,34 | 16,66 | 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 |
5 | 13,31 | 70,03 | 16,66 | 0,1; 0,3; 0,9; 1,2 |
Для синтезированных стекол был проведен дифференциально-термический анализ, измерены плотность и показатель преломления.
[pic 2]
Рис. 2. Термограмма стекла системы 2 и 3.
Стекла систем 1 и 2 не кристаллизовались в процессе ДТА при нагреве со скоростью 10 град/мин. Таким образом, из них не только могут быть легко получены оптические волокна для ИК области спектра, но и сформированы оптические элементы технологией молирования, которая в последние годы интенсивно развивается. Tg стекол увеличивается при уменьшении относительного содержания Sb2S3. Так если для системы 2 Tg составляет 240оС, то для системы 3 уже 312оС, а для системы 4 – 354оС. В этом же направлении снижается кристаллизационная устойчивость стекол, уменьшается их плотность и уменьшается показатель преломления. Для стекол с максимальным исследованным содержанием Sb2S3 n=2.4, в то время, как для стекол с минимальным исследованным содержанием Sb2S3 n=2.1. Высокие значения показателя преломления дают данным стеклам преимущества для использования их в волоконной и планарной оптике.
...