RU2744539C1 - Люминесцирующее стекло - Google Patents
Люминесцирующее стекло Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744539C1 RU2744539C1 RU2020119697A RU2020119697A RU2744539C1 RU 2744539 C1 RU2744539 C1 RU 2744539C1 RU 2020119697 A RU2020119697 A RU 2020119697A RU 2020119697 A RU2020119697 A RU 2020119697A RU 2744539 C1 RU2744539 C1 RU 2744539C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- luminescent glass
- zno
- sro
- bao
- glass
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
- C03C3/066—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
- C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Люминесцирующее стекло относится к материалам квантовой электроники, оптики и может быть использовано в устройствах для отображения информации, электронно-лучевых приборах, индикаторной технике, светодиодах белого свечения, сцинтилляторах, катодо- и рентгенолюминофорах, визуализаторов альфа и бета излучения. Люминесцирующее стекло включает Bi2O3, B2O3, SiO2, Al2O3, BaO; SrO; ZnO и Eu2O3и Ag2O при следующем соотношении компонентов, мас. %: Bi2O330-35; B2O320-23; SiO215-18; Eu2O37-17; Al2O33-6; BaO 4-6; SrO 4-6; ZnO 4-7 и Ag2O 0,001-0,1. Люминесцирующее стекло характеризуется стабильной и высокой интенсивностью люминесценции ионов Eu3+на длине волны электронного перехода5D0→7F2. 1 табл. 3 пр.
Description
Изобретение относится к материалам квантовой электроники, оптики и может быть использовано в устройствах для отображения информации, в электронно-лучевых приборах, индикаторной технике, светодиодах белого свечения, сцинтилляторах, катодо- и рентгенолюминофорах, визуализаторов альфа- и бета-излучения.
Известно люминесцирующее стекло (см. патент RU 2574223, МПК С03С 4/12, опубликован 10.02.2016), содержащее в мол. %: SiO2 35,0-42,0; PbO 15,0-20,0; PbF2 27,5-32,0; CdF2 8,0-15,0; Eu2O3 0,5-1,5 и YbF3 1,0-2,5.
Известное люминесцирующее стекло характеризуется интенсивной ап-конверсионной люминесценцией, обусловленной переходом 5D0→7F2 иона Eu3+, и обладает свойством преобразовывать инфракрасное лазерное излучение в видимое насыщенное оранжево-красное в области длины волны λ-612 нм.
Недостатком известного люминесцирующего стекла является низкая стабильность люминесценции Ей вследствие содержания фторидов. Кроме того, стекла содержат токсичные соединения свинца PbO и PbF2 и кадмия CdF2.
Известно люминесцирующее стекло (см. патент RU 2703039, МПК С03С 4/12, опубликован 15.10.2019), содержащее (мас. %): Bi2O3 36-х; B2O3 20; CaF2 10; SiO2 8; Eu2O3 х; ZnO - остальное (3≤х≤7).
Недостатком стекла является невысокая интенсивность люминесценции Eu3+, так как содержит малое количество сооактиваторов, что снижает растворимость Eu3. Кроме того стекло включает в себя соединение CaF2, что уменьшает радиационную стойкость материала.
Известно люминесцирующее стекло (см. заявка US 2005181927, МПК С03С 8/24, опубликована 18.08.2005), совпадающее с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое за прототип. Стекло - прототип содержит (мас. %): Bi2O3 55-90; ZnO 4-22; B2O3 3-15; SiO2 0,5-14; Al2O3 0-4; ВаО 0-12; SrO 0-12 и Eu2O3 0,1-10.
Недостатком известного материала является невысокая интенсивность люминесценции ионов Eu3+ на длине волны 612 нм, соответствующая электронному переходу 5D0→7F2. Большое содержание висмута в стекле (более 55 мас. %) приводит к сильному поглощению материала в видимом диапазоне спектра и уменьшает интенсивность люминесценции Eu. Кроме того, стекла могут дополнительно содержать оксиды щелочных металлов (Li2O, Na2O и K2O), что приводит к тушению люминесценции активатора при возбуждении высокоэнергетическим излучением (альфа или бета излучение).
Задачей настоящего технического решения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося стабильной и высокой интенсивностью люминесценции ионов Eu3+ на длине волны 615 нм электронного перехода 5D0→7F2.
Поставленная задача достигается тем, что люминесцирующее стекло включает Bi2O3, B2O3, SiO2, Al2O3, BaO, SrO, ZnO; Eu2O3 и дополнительно содержит Ag2O при следующем соотношении компонентов в мас. %: Bi2O3 30-35; B2O3 20-23; SiO2 15-18; Eu2O3 7-17; Al2O3 3-6; BaO 4-6; SrO 4-6; ZnO 4-7 и Ag2O 0,001-0,1.
Соотношение настоящих составов обусловлено областью фазовой однородности люминесцентного материала, образующегося в системе SiO2 - B2O3 - Bi2O3 - Al2O3 - BaO - SrO - ZnO - Eu2O3 - Ag2O. Уменьшение содержания SiO2 ниже 14 мас. % и B2O3 ниже 20 мас. % приводит к уменьшению однородности люминесцентного материала и ухудшает его оптическое качество. Уменьшение Bi2O3, и ZnO ниже соответственно 30 и 4 нецелесообразно из-за увеличения температуры синтеза и уменьшения плотности стекла. Увеличение концентрации Bi2O3 выше 35 уменьшает прозрачность стекла в видимом спектральном диапазоне. Концентрация ZnO выше заявленных нецелесообразна, так как приведет к снижению остальных компонентов шихты. Уменьшение содержания Al2O3 ниже заявляемого приводит к уменьшению химической стойкости. Увеличение содержания Al2O3 выше заявляемого приводит к увеличению температуры спекания шихты. Указанное содержание SrO и ВаО обусловлено улучшением оптических свойств и растворимости Eu в стекле.
Увеличение концентрации Ag2O, выше заявляемого, приводит к сегрегации серебра и уменьшению молекулярных кластеров серебра, что приводит к уменьшению интенсивности люминесценции активатора. Уменьшение концентрации Ag2O ниже заявляемого нецелесообразно, т.к. это также приводит к уменьшению молекулярных кластеров серебра. Содержание Eu2O3 определяется оптимальным содержанием ионов Eu3+ в стекле, при котором не происходит концентрационного тушения и данные стекла обладают максимальным выходом люминесценции.
Введение Ag2O в стекло в указанных концентрациях, не только позволяет увеличить плотность материала, но и увеличить интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода 5D0→7F2 иона европия, за счет передачи возбуждения (сенсибилизации) молекулярными кластерами серебра ионам европия.
Настоящее люминесцирующее стекло поясняется чертежом, где в таблице приведены результаты измерения интенсивности люминесценции люминесцирующего стекла на длине волны электронного перехода 5D0→7F2.
Пример 1. Шихту состава в мас. %: Bi2O3 34; B2O3 23; SiO2 17; Al2O3 6; ВаО 6; SrO 6; ZnO 5; Eu2O3 7; Ag2O 0,01 (где - Eu2O3 и Ag2O добавляли сверх шихты), тщательно перемешивали и перетирали в фарфоровой ступке. В дальнейшем производили высушивание со ступенчатым нагревом (150°С, 250°С, 500°C с выдержкой 20 мин) и промежуточным перемешиванием в ступке. Скорость нагрева составляла от 6 до 7 град/мин. Варку шихты производили в корундовом тигле в окислительных условиях в муфельной электрической печи с нагревом до 1200°C с выдержкой в течение 40 минут. Полученный расплав оставляли остывать в печи до комнатной температуры. Стекла с видимыми внутренними напряжениями подвергали отжигу при 350°С для снятия напряжений. Затем стекла освобождали от тигля, отбирали оптически однородные фрагменты. Из них изготавливали плоскопараллельные образцы размером ~(5×5) мм2 и толщиной (2,5-4) мм, поверхности которых шлифовали и полировали. При исследовании люминесценции стекла в качестве источника возбуждения применяли электронный пучок катодолюминесцентной установки. Спектры были получены при диаметре электронного пучка 4 микрона, ускоряющем напряжении электронов 20 кэВ и поглощенном токе 3 нА. Плотность мощности облучения составляла ~300 Ватт/см2. Измерение интенсивности люминесценции проводили на длине волны 615 нм электронного перехода 5D0→7F2 иона европия. Полученное люминесцирующее стекло имело интенсивность на длине электронного перехода 5D0→7F2 иона европия в 1,3 раза выше, чем стекло-прототип, что показано на чертеже в таблице.
Пример 2. Шихту состава в масс %: Bi2O3 34; B2O3 23; SiO2 17; Al2O3 6; ВаО 6; SrO 6; ZnO 5; Eu2O3 10; - Ag2O 0,01 (где - Eu2O3 и Ag2O добавляли сверх шихты), готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцирующее стекло имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода 5D0→7F2 иона европия в 1,4 раз выше, чем прототип. Спектры были получены при диаметре электронного пучка 4 микрона, ускоряющем напряжении электронов 20 кэВ и поглощенном токе 3 нА. Плотность мощности облучения составляла ~300 Ватт/см2. Результаты измерений интенсивности люминесценции Eu3+ приведены на чертеже в таблице.
Пример 3. Шихту состава в мас. %: Bi2O3 34; B2O3 23; SiO2 17; Al2O3 6; ВаО 6; SrO 6; ZnO 5; Eu2O3 10; Ag2O 0,01 (где - Eu2O3 и Ag2O добавляли сверх шихты), готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцирующее стекло имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода 5D0→7F2 иона европия в 1,2 раз выше, чем прототип. Спектры были получены при диаметре электронного пучка 4 микрона, ускоряющем напряжении электронов 20 кэВ и поглощенном токе 3 нА. Плотность мощности облучения составляла ~300 Ватт/см2. Результаты измерений интенсивности люминесценции Eu3+ приведены на чертеже в таблице.
Как следует из полученных, данных техническим результатом изобретения является повышение интенсивности люминесценции ионов европия на длине волны электронного перехода 5D0→7F2. В интервале 7-17 мас. % Eu3+ интенсивность свечения люминесцирующего стекла состава в мас. %: Bi2O3 30-35; B2O3 20-23; SiO2 15-18; Eu2O3 7-17; Al2O3 3-5; ВаО 4-6; SrO 4-6; ZnO 4-7 и Ag2O 0,01 превышает интенсивность прототипа.
Claims (2)
- Люминесцирующее стекло, включающее Bi2O3, B2O3, SiO2, Al2O3, BaO; SrO; ZnO и Eu2O3, отличающееся тем, что дополнительно содержит Ag2O при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Bi2O3 30-35 B2O3 20-23 SiO2 15-18 Eu2O3 7-17 Al2O3 3-6 BaO 4-6 SrO 4-6 ZnO 4-7 Ag2O 0,001-0,1
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119697A RU2744539C1 (ru) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Люминесцирующее стекло |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119697A RU2744539C1 (ru) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Люминесцирующее стекло |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2744539C1 true RU2744539C1 (ru) | 2021-03-11 |
Family
ID=74874283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119697A RU2744539C1 (ru) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Люминесцирующее стекло |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2744539C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050181927A1 (en) * | 2002-03-29 | 2005-08-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Bismuth glass composition, and magnetic head and plasma display panel including the same as sealing member |
RU2543196C2 (ru) * | 2009-06-24 | 2015-02-27 | Сеул Семикондактор Ко., Лтд. | Люминесцентные вещества, содержащие силикатные люминофоры, легированные eu2+ |
US20150197445A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-07-16 | Corning Incorporated | Bismuth borate glass encapsulant for led phosphors |
EP3050857A1 (en) * | 2015-02-02 | 2016-08-03 | Ferro Corporation | Glass compositions and glass frit composites for use in optical applications |
RU2018111895A (ru) * | 2018-04-02 | 2019-10-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения |
RU2703039C1 (ru) * | 2018-11-14 | 2019-10-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Люминесцирующее оксифторидное стекло |
-
2020
- 2020-06-08 RU RU2020119697A patent/RU2744539C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050181927A1 (en) * | 2002-03-29 | 2005-08-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Bismuth glass composition, and magnetic head and plasma display panel including the same as sealing member |
RU2543196C2 (ru) * | 2009-06-24 | 2015-02-27 | Сеул Семикондактор Ко., Лтд. | Люминесцентные вещества, содержащие силикатные люминофоры, легированные eu2+ |
US20150197445A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-07-16 | Corning Incorporated | Bismuth borate glass encapsulant for led phosphors |
EP3050857A1 (en) * | 2015-02-02 | 2016-08-03 | Ferro Corporation | Glass compositions and glass frit composites for use in optical applications |
RU2018111895A (ru) * | 2018-04-02 | 2019-10-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | Рабочее вещество для термоэкзоэлектронной дозиметрии электронного излучения |
RU2703039C1 (ru) * | 2018-11-14 | 2019-10-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Люминесцирующее оксифторидное стекло |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Saad et al. | Ag nanoparticles induced luminescence enhancement of Eu3+ doped phosphate glasses | |
Kirdsiri et al. | Influence of alkaline earth oxides on Eu3+ doped lithium borate glasses for photonic, laser and radiation detection material applications | |
US20070045555A1 (en) | Glass | |
US5122671A (en) | Terbium activated silicate luminescent glasses for use in converting x-ray radiation into visible radiation | |
Ichoja et al. | Judd− Ofelt calculations for spectroscopic characteristics of Dy3+-activated strontium magnesium borate glass | |
US5108959A (en) | Terbium activated borate luminescent glasses coactivated with gadolinium oxide | |
Kaewjaeng et al. | X-ray radiation shielding of CeO2 doped borosilicate glasses and their luminescence characteristics | |
Kashif et al. | Cool white light emission from Dy3+-doped SiO2–Bi2O3–Ga2O3–B2O3-GeO2-TeO2 glasses: Structural and spectroscopic properties | |
US5391320A (en) | Terbium activated silicate luminescent glasses | |
Bueno et al. | Luminescent glass design for high-energy real-time radiography | |
Shiratori et al. | Radio-photoluminescence Properties of Heavy-element-based Alkaline Phosphate Glasses and Their Application to X-ray Imaging. | |
US3654172A (en) | Terbium activated radioluminescent silicate glasses | |
Albaqawi et al. | Judd-Ofelt analysis and luminescence properties of newly fabricated Dy3+ infused calcium sulfo-phospho-borate glasses for photonics applications | |
Limkitjaroenporn et al. | The radioluminescence investigation of lead sodium borate doped with Sm3+ glass scintillator | |
Kaewjaeng et al. | Influence of trivalent praseodymium ion on SiO2–B2O3–Al2O3–BaO–CaO–Sb2O3–Na2O–Pr2O3 glasses for X-Rays shielding and luminescence materials | |
US5120970A (en) | X-ray image intensifier tube and x-ray conversion screen containing terbium activated silicate luminescent glasses | |
Du et al. | Luminescence and scintillation properties of CuO-doped SiO2–B2O3–La2O3 glass | |
Liang et al. | Structure and tunable broadband near-infrared luminescence of Cr3+ in borophosphate glass | |
Zanella et al. | A new cerium scintillating glass for X-ray detection | |
CN114634312A (zh) | 一种掺杂Al3+的CsPbBr3量子点玻璃陶瓷及其制备方法 | |
Namboothiri et al. | Impact of Sm3+ ions concentration on the luminescence features of aluminium incorporated tri-former glasses for photonic applications | |
Huang et al. | Scintillating properties of gallogermanate glass scintillators doped with Tb3+/Eu3+ | |
Rajaramakrishna et al. | Synchrotron, luminescence, and XPS studies of Gd3+: Dy3+: Ce3+ tri-rare-earth oxides in borate glasses | |
Lakshminarayana et al. | Dy3+: B2O3–Al2O3–ZnO–Bi2O3–BaO–M2O (M= Li; Na; and K) glasses: Judd–Ofelt analysis and photoluminescence investigation for WLED applications | |
RU2744539C1 (ru) | Люминесцирующее стекло |