Исследование сотрудников Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Российского химико-технологического университета им Д.И. Менделеева, Университета Кан-Нормандия (Франция) и Чешского технического университета в Праге (Чехия) открывает новые возможности для потенциального применения разработанных стекол для дизайна инфракрасных материалов и волоконно-оптических устройств для медицины и электроники (лазеры, усилители), сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.
Стекла на основе диоксида теллура или теллуритные стекла — это уникальные материалы с нелинейными оптическими свойствами, которые во много раз превосходят силикатные стёкла. Они также обладают высокой прозрачностью в инфракрасном диапазоне и электропроводностью, что делает их востребованными в оптике, электронике и для защиты от радиации.
Их получают, смешивая диоксид теллура с оксидами других металлов. Например, смесь с оксидом молибдена позволяет получить устойчивые стеклообразные структуры с заданными свойствами. К преимуществам таких стекол относятся химическая стойкость, термическая стабильность, относительно низкие энергии фононов (около 800 см⁻¹), широкий диапазон пропускания и хорошая растворимость соединений редкоземельных элементов.
Введение оксидов и галогенидов тяжелых металлов MexXy (где Me = цинк, молибден, кадмий, сурьма, барий, свинец, висмут, а X = фтор, хлор, бром и йод) в состав стекла значительно повышает прозрачность как в ультрафиолетовой, так и в инфракрасной частях спектра, а также улучшает эффективность люминесценции редкоземельных активаторов. В то время как оксидные и оксофторидные системы активно изучались в качестве люминесцентных и лазерных сред, оксохлоридные системы остаются относительно малоизученными.
Несмотря на большой потенциал введения хлорида свинца в качестве модификатора в матрицу теллуритных стекол для улучшения люминесцентных характеристик в среднем инфракрасном диапазоне, какие-либо исследования спектрально-люминесцентных свойств таких стекол в спектральном диапазоне 2–3 мкм не известны. Одной из причин стала сложность синтеза оксохлоридных стекол ввиду склонности к пирогидролизу — высокотемпературному распаду неорганических веществ под действием водяного пара, — и большого количества остаточных гидроксильных групп, которые тушат люминесценцию.
Ученые впервые синтезировали и подробно изучили спектрально-люминесцентные свойства системы хлорид свинца — диоксид теллура легированные ионами редкоземельных металлов тулия, эрбия и гольмия (PbCl2-TeO2-ReF3, где Re = Tm, Er, Ho).
«За счет грамотного подбора условий синтеза методом закаливания расплава удалось избежать пирогидролиза хлорида свинца и получить стекла с небольшим содержанием остаточных гидроксильных групп. Введение галогенидного модификатора (фтор, хлор, бром и йод) позволяет уменьшить энергию фононов матрицы, что важно для люминесценции редкоземельных ионов в коротковолновом инфракрасном диапазоне спектра. Благодаря низкой энергии фононов эта система особенно подходит для генерации лазерного излучения в диапазоне длин волн 2–3 мкм, широко применяемом в медицине (терапия, хирургия). Предложенные стекла продемонстрировали исключительные спектрально-люминесцентные характеристики: времена жизни возбужденных состояний ионов тулия, эрбия и гольмия (Tm3+, Er3+ и Ho3+) существенно больше, чем у аналогичных оксидных и оксофторидных стекол (например, системы оксидов цинка и натрия с диоксидом теллура, фторида бария с диоксидом теллура). Это является преимуществом для потенциального применения в оптических усилителях. Важно отметить, что в этом исследовании люминесценция в диапазоне 2—3 мкм получена и подробно охарактеризована впервые для стекол, содержащих хлорид свинца», — рассказала заведующая лабораторией высокочистых веществ ИОНХ РАН доктор химических наук Мария Бреховских:
По словам исследователей, представленное комплексное исследование синтезированных оксохлоридных теллуритных стекол, легированных ионами редкоземельных металлов показало их исключительные преимущества для фотонных технологий (медицина, электроника), по сравнению с другими типами применяемых стекол. Авторы планируют вытягивание оптических волокон на основе исследованных стекол.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания ИОНХ РАН. Результаты работы опубликованы в Journal of Non-Crystalline Solids.
.jpg)
