РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВЫХ ОКСИФТОРИДНЫХ НАНОСТЕКЛОКЕРАМИК
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 548.73, 539.264 РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВЫХ ОКСИФТОРИДНЫХ НАНОСТЕКЛОКЕРАМИК
А.О. Трофимов, А.Ю. Бибик, Р.К. Нурыев, Н.В. Никоноров, Е.В. Колобкова, В.А. Асеев
Исследованы кристаллические фазы наностеклокерамик, активированных ионами иттербия и эрбия, методом рентгенофазового анализа. Определены состав кристаллической фазы, размер кристаллов и параметры элементарной ячейки. Ключевые слова: рентгеновская дифракция, кристаллическая фаза, наностеклокерамика.
В настоящее время прозрачные фторсодержащие наностеклокерамики представляют большой интерес в качестве активных сред для лазеров, усилителей и конверторов света [1]. При разработке таких материалов необходимо контролировать состав и размер кристаллической фазы. Такой контроль необходим для управления степени вхождения активатора в кристаллическую фазу и уменьшения уровня светорассеяния на границе раздела фаз. Настоящая работа посвящена рентгенофазовому исследованию свойств свинцово-фторидных наностеклокерамик, активированных ионами иттербия и эрбия.
Интенсивность, отн.ед.
PbYOF3(1,1,1) PbYOF3(2,0,0)
Интенсивность, отн.ед.
1,4 1,0
1,2 1,0 Стеклокерамика 120 мин 0,8 Стеклокерамика 60 мин 0,6
Стеклокерамика 30 мин
0,8 Стекло 0,6 0,4
Стеклокерамика
0,4
Стекло
0,2
0,2 0,0
26 28 30 32
1450
1500
1550
1600
2, град.
ДДллииннааввооллнныы, ннмм
аб
Рисунок. Дифрактограммы стекла и стеклокерамик, активированных эрбием (0,1 мол.%) (а);
спектры поглощения стекла и стеклокерамики (б)
1650
В работе исследованы иттербий-эрбиевые стекла состава 30SiO2-15AlO3/2-29CdF2-18PbF2-5ZnF2xErF3-(3-x)YbF3, где x=0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Для получения прозрачной наностеклокерамики исходные стекла подвергались вторичной термообработке при температуре 500ºC. Температура вторичной термообработки выбиралась, исходя из данных, полученных методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Время термообработки составило 30, 60 и 120 мин. Рентгенофазовый анализ проводился на длине волны λ=1,5418 Å (CuKα).
Исследования стеклокерамик с замещенными на иттрий ионами редкой земли показали, что в результате термообработки формируется кубическая гранецентрированная элементарная ячейка, в кристаллографическом отношении соответствующая кристаллу PbYOF3 [2]. Постоянная решетки равна 5,74 Å. При активации иттербием и эрбием формируется аналогичная флюоритоподобная кристаллическая фаза. Однако постоянная решетки в этом случае изменяется и равна 5,79 Å. Размеры кристалла рассчитаны по формуле Шеррера и достигают 40 нм. Увеличение времени термообработки приводит к увеличению интенсивности дифракционных пиков (рисунок, а). Однако ширина пиков по 2θ на полувысоте не меняется. Это означает, что увеличение времени термообработки не приводит к значительному изменению размера кристаллов, а изменение интенсивности пиков связано с увеличением объема кристаллической фазы. При этом процесс объемной кристаллизации полностью проходит за 2 часа. Увеличение постоянной решетки свидетельствует о том, что редкоземельные ионы переходят в кристалл, замещая иттрий, т.е. формируется кристалл вида PbYb(1-x)Er(x)OF3. Это подтверждается спектрами поглощения для данных наностеклокерамик (рисунок, б). Исходя из этого, можно заключить, что присутствие фторидов редкоземельных ионов полностью обуслjвливает выделение флюоритоподобной кристаллической фазы, а их концентрация в исходном стекле полностью определяет объем выделившейся фазы. Таком образом, прозрачные оксифторидные наностеклокерамики, легированные иттербием и эрбием, являются перспек-
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 6 (82)
147
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
тивными кандидатами для различных приложений фотоники как активные среды для лазеров, усилителей и конверторов света.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (Соглашение № 14.B37.21.0169, Минобрнауки РФ).
1. Асеев В.А., Колобкова Е.В., Некрасова Я.А. Низкотемпературные измерения апконверсионной люминесценции в наноструктурированных активированных стеклокерамиках // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – 2011. – № 3 (73). – С. 22–25.
2. Асеев В.А., Голубков В.В., Колобкова Е.В., Никоноров Н.В. Лантаноидные оксифториды свинца в стеклообразной матрице // Физика и химия стекла. – 2012. – Т. 38. – № 2. – С. 238–246.
Трофимов Александр Олегович – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, Exeptional777@mail.ru Бибик Анастасия Юрьевна – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, Anastasiya.bibik@list.ru Нурыев Рустам Ккакбаевич – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, Nuryev@oi.ifmo.ru Никоноров Николай Валентинович – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, Nikonorov@oi.ifmo.ru Колобкова Елена Вячеславовна – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор химических наук, профессор, Kolobok106@rambler.ru Асеев Владимир Анатольевич – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, ассистент, Aseev@oi.ifmo.ru
148
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 6 (82)
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 548.73, 539.264 РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВЫХ ОКСИФТОРИДНЫХ НАНОСТЕКЛОКЕРАМИК
А.О. Трофимов, А.Ю. Бибик, Р.К. Нурыев, Н.В. Никоноров, Е.В. Колобкова, В.А. Асеев
Исследованы кристаллические фазы наностеклокерамик, активированных ионами иттербия и эрбия, методом рентгенофазового анализа. Определены состав кристаллической фазы, размер кристаллов и параметры элементарной ячейки. Ключевые слова: рентгеновская дифракция, кристаллическая фаза, наностеклокерамика.
В настоящее время прозрачные фторсодержащие наностеклокерамики представляют большой интерес в качестве активных сред для лазеров, усилителей и конверторов света [1]. При разработке таких материалов необходимо контролировать состав и размер кристаллической фазы. Такой контроль необходим для управления степени вхождения активатора в кристаллическую фазу и уменьшения уровня светорассеяния на границе раздела фаз. Настоящая работа посвящена рентгенофазовому исследованию свойств свинцово-фторидных наностеклокерамик, активированных ионами иттербия и эрбия.
Интенсивность, отн.ед.
PbYOF3(1,1,1) PbYOF3(2,0,0)
Интенсивность, отн.ед.
1,4 1,0
1,2 1,0 Стеклокерамика 120 мин 0,8 Стеклокерамика 60 мин 0,6
Стеклокерамика 30 мин
0,8 Стекло 0,6 0,4
Стеклокерамика
0,4
Стекло
0,2
0,2 0,0
26 28 30 32
1450
1500
1550
1600
2, град.
ДДллииннааввооллнныы, ннмм
аб
Рисунок. Дифрактограммы стекла и стеклокерамик, активированных эрбием (0,1 мол.%) (а);
спектры поглощения стекла и стеклокерамики (б)
1650
В работе исследованы иттербий-эрбиевые стекла состава 30SiO2-15AlO3/2-29CdF2-18PbF2-5ZnF2xErF3-(3-x)YbF3, где x=0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Для получения прозрачной наностеклокерамики исходные стекла подвергались вторичной термообработке при температуре 500ºC. Температура вторичной термообработки выбиралась, исходя из данных, полученных методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Время термообработки составило 30, 60 и 120 мин. Рентгенофазовый анализ проводился на длине волны λ=1,5418 Å (CuKα).
Исследования стеклокерамик с замещенными на иттрий ионами редкой земли показали, что в результате термообработки формируется кубическая гранецентрированная элементарная ячейка, в кристаллографическом отношении соответствующая кристаллу PbYOF3 [2]. Постоянная решетки равна 5,74 Å. При активации иттербием и эрбием формируется аналогичная флюоритоподобная кристаллическая фаза. Однако постоянная решетки в этом случае изменяется и равна 5,79 Å. Размеры кристалла рассчитаны по формуле Шеррера и достигают 40 нм. Увеличение времени термообработки приводит к увеличению интенсивности дифракционных пиков (рисунок, а). Однако ширина пиков по 2θ на полувысоте не меняется. Это означает, что увеличение времени термообработки не приводит к значительному изменению размера кристаллов, а изменение интенсивности пиков связано с увеличением объема кристаллической фазы. При этом процесс объемной кристаллизации полностью проходит за 2 часа. Увеличение постоянной решетки свидетельствует о том, что редкоземельные ионы переходят в кристалл, замещая иттрий, т.е. формируется кристалл вида PbYb(1-x)Er(x)OF3. Это подтверждается спектрами поглощения для данных наностеклокерамик (рисунок, б). Исходя из этого, можно заключить, что присутствие фторидов редкоземельных ионов полностью обуслjвливает выделение флюоритоподобной кристаллической фазы, а их концентрация в исходном стекле полностью определяет объем выделившейся фазы. Таком образом, прозрачные оксифторидные наностеклокерамики, легированные иттербием и эрбием, являются перспек-
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 6 (82)
147
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
тивными кандидатами для различных приложений фотоники как активные среды для лазеров, усилителей и конверторов света.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (Соглашение № 14.B37.21.0169, Минобрнауки РФ).
1. Асеев В.А., Колобкова Е.В., Некрасова Я.А. Низкотемпературные измерения апконверсионной люминесценции в наноструктурированных активированных стеклокерамиках // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – 2011. – № 3 (73). – С. 22–25.
2. Асеев В.А., Голубков В.В., Колобкова Е.В., Никоноров Н.В. Лантаноидные оксифториды свинца в стеклообразной матрице // Физика и химия стекла. – 2012. – Т. 38. – № 2. – С. 238–246.
Трофимов Александр Олегович – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, Exeptional777@mail.ru Бибик Анастасия Юрьевна – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, Anastasiya.bibik@list.ru Нурыев Рустам Ккакбаевич – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, Nuryev@oi.ifmo.ru Никоноров Николай Валентинович – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, Nikonorov@oi.ifmo.ru Колобкова Елена Вячеславовна – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор химических наук, профессор, Kolobok106@rambler.ru Асеев Владимир Анатольевич – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, ассистент, Aseev@oi.ifmo.ru
148
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 6 (82)