основы технологии, свойства и новые эффекты. П.С. Ширшнев, В

КАЛИЕВОАЛЮМОБОРАТНЫЕ СТЕКЛА С НАНОКРИСТАЛЛАМИ
CuCl – ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ, СВОЙСТВА И НОВЫЕ
ЭФФЕКТЫ
Ширшнев П.С.1, Голубков В.В. 2, Ким А.А. 1, Никоноров Н.В. 1, Сидоров А.И. 1,
Цехомский В.А. 1
1
– Санкт-Петербургский Государственный Университет Информационных
Технологий, Механики и Оптики, Санкт-Петербург, Россия
2
- Институт химии силикатов Российской Академии Наук, Санкт-Петербург, Россия
pavel.shirshnev@gmail.ru, +7(931)2098377
В данной статье рассмотрены основные особенности технологии нового материала калиевоалюмоборатного стекла с высоким содержанием нанокристаллов CuCl, а также
исследованы его физико-химические, спектральные и нелинейно-оптические свойства.
Сегодня стекла с нанокристаллами CuCl являются перспективным
материалом для создания быстродействующих низкопороговых оптических
переключателей, ограничителей лазерного излучения, фильтров с резкой границей УФ
поглощения, а также сред для записи и хранения информации. Высокая концентрация
кристаллической фазы CuCl в стекле определяет эффективность работы указанных
устройств: обеспечивает высокие нелинейно-оптические характеристики и плотность
записи информации, а также определяет величину экситонного поглощения.
Целью настоящей работы была разработка основ технологии получения
композита на основе стекла K2O-Al2O3-B2O3 с высокой концентрацией кристаллической
фазы CuCl, а также исследование оптических и физико-химических свойств нового
материала. В качестве основы исходного стекла была выбрана калиевоалюмоборатная
матрица, отличающаяся низкой температурой плавления, по сравнению с силикатными
матрицами, а также обладающая повышенной склонностью к выделению
кристаллических фаз.
Установлено, что при термообработке исходного стекла в нем выделяется
кристаллическая фаза CuCl размером 8-13 нм. По данным измерения экситонного
поглощения объемная доля кристаллической фазы составила 0.3%. Исследованы
оптические и спектральные свойства стекол с хлоридами меди.
70
60
k,cm
-1
50
40
30
20
10
0
350
360
370
380
nm
390
400
Рис. 1. Спектры стекла с нанокристаллами CuCl. Сплошная линия - не
облученное, пунктирная - облученное УФ в течение 30 минут стекло.
23
Установлено, что полученные калиевоалюмоборатные стекла с нанокристаллами
CuCl фотохромными свойствами.
Обнаружено уменьшение экситонного поглощения при воздействии УФ
излучения на стекла с хлоридами меди(рис 1). Сделано предположение, что этот эффект
может быть связан с нагревом нанокристаллов CuCl в матрице стекла под воздействием
УФ излучения, их плавлением и последующей аморфизацией. Это косвенно
подтверждается данными малоуглового рассеяния рентгеновских лучей(рис 2).
Результаты малоуглового рассеяния также показали, что в процессе термообработки
может выделяться не только чистая фаза CuCl, но и смешанная CuCl-KCl(рис 3).
Температура солидуса такой эвтектики составляет 130оС (для сравнения, температура
плавления монокристалла CuCl составляет 430оС). Такая низкая температура плавления
может приводить к аморфизации нанокристаллической фазы под воздействием УФ
излучения.
Исследован нелинейно-оптический отклик стекла с CuCl при воздействии
импульсного (5 нс) лазера на длине волны 532 нм. Показаны перспективы
использования нового стекла с высокой концентрацией нанокристаллической фазы
CuCl для создания ограничителей лазерного излучения наносекундного диапазона.
12
11
10
1
,
IРМУ , отн. ед
9
1
8
7
6
z1
6
2'
5
3
z2
4
4
2
3
5
0
50
100
150
200
250
300
350
0
T, C
Рис. 2. Данные изменения плотности по рентгеновскому малоугловому анализу
при нагревании стекла. Участки 1-3-4 – при нагреве до 300оС, участки 4-5-2-6 – при
остывании. Другой ход кривой при остывании может быть объяснен аморфизацией (и,
соответственно, изменением плотности) частиц CuCl.
Рис. 3. Диаграмма фазовых состояний для эвтектики KCl-CuCl. 148 оС
(пунктирная – сплошная линия) – температура солидуса.
24