Szkła ołowiowo-galowe stabilizowane SiO2 dla transmisji w bliskiej podczerwieni

• Autorzy: Marczewska A. , Środa M. , Nocuń M.

Warianty tytułu

EN

Lead-gallium glasses stabilised with SiO2 for transmission in near infrared

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zbadano wpływ domieszki SiO2 na trwałość termiczną i zakres transmisji szkieł ołowiowo-galowych. Szkła te ze względu na brak typowych składników szkłotwórczych charakteryzują się zwiększoną tendencją do krystalizacji. Pomimo tego są one interesującym materiałem ze względu na przesuniętą do zakresu 6-7 µm, długofalową krawędź absorpcji. Otrzymano bazowe szkło o składzie 0,75PbO-0,25Ga2O3, którego skład modyfikowano następnie dodatkiem 5%, 10% i 15% mol. SiO2. Stosując metodę DTA/DSC stwierdzono, że szkła te charakteryzują się wielostopniową krystalizacją, na którą znaczący wpływ ma dodatek krzemionki. Przeprowadzone metodą XRD badania fazowe pokazały, że w trakcie obróbki termicznej w szkle krystalizują różne formy tlenku ołowiu, natomiast w wyższych temperaturach tworzy się faza Ga2PbO4. Dodatek krzemionki pozwolił na wprowadzenie do struktury szkła ołowiowo-galowego kilku procent BaF2. Stwierdzono, że w trakcie obróbki termicznej można otrzymać na bazie tego szkła przezroczystą szkło-ceramikę tlenkowo-fluorkową z niskofononową fazą fluorku baru. Z przeprowadzonych badań transmitancji UV-ViS-IR w zakresie od 250 nm do 9 µm wynika, że dodatek SiO2 w szkłach ołowiowo-galowych wpływa na zmniejszenie pasma absorpcyjnego w zakresie 2,6-4 µm związanego z obecnością grup hydroksylowych, jednocześnie zmniejszając transmitancję w zakresie 5-6,5 µm od 10% do 20%. Wprowadzenie SiO2 przyczyniło się natomiast do zwiększenia transmisji w zakresie krótszych długości fal z jednoczesnym przesunięciem krótkofalowego progu absorpcji. Stwierdzono, że dodatek BaF2 nie miał wpływu na przepuszczalność szkła w całym analizowanym zakresie widma.

EN

The paper presents an effect of SiO2 dopant on the thermal stability and the UV-VIS and IR transmission of lead-gallium glass. These glasses, due to the absence of typical glass-forming components, are characterized by an increased tendency to crystallize. Despite this, they are interesting materials due to the shift of IR edge up to 6-7 µm. Base glass (0,75PbO-0,25Ga2O3) was modified by an addition of 5 mol%, 10 mol% and 15 mol% of SiO2. The DTA/DSC analysis showed the multi-stage crystallization of the glasses which changed with the amount of silica dopant. The XRD analysis confirmed that different forms of lead oxide crystallized at first during heat treatment of the glass, whereas the Ga2PbO4 phase was formed at higher temperatures. The silica admixture allowed a few percent of BaF2 to be introduced into the lead-gallium glass structure. It has been found that transparent glass-ceramics based on lead-gallium glass with the low phonon barium fluoride phase can be obtained during the thermal treatment. The study of UV-VIS-IR transmission shows that SiO2 in lead-gallium glasses diminishes the absorption band in the range of 2,6-4 µm as a result of the presence of hydroxyl groups, and reduces transmission at the range of 5-6,5 µm from 10% to 20%, simultaneously. The incorporation of SiO2 into the glass structure contributed to the transmission increase at the region of shorter wavelengths, and the UV-edge shift is observed. It was confirmed the the BaF2-dopant has no effect on the transmittance of the analyzed spectrum.

Słowa kluczowe

PL

szkło ołowiowo-galowe; trwałość termiczna; UV-Vis; IR; BaF2

EN

lead-gallium glass; thermal analysis; UV-Vis; IR; BaF2

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 3
• Strony: 302--309
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Marczewska A.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Krakowie Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie, Zakład Technologii Szkła, ul. Lipowa 3, 30-702 Kraków

autor

Środa M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Nocuń M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] J. Siegel, J. M. Fernández-Navarro, A. García-Navarro, V. Diez-Blanco, O. Sanz, J. Solis: Waveguide structures in heavy metal oxide glass written with femtosecond laser pulses above the critical self-focusing threshold, Applied Physics Letters, 86, (2005), 121109–1-3.
• [2] Wasylak, J., Dorosz, D., Kuśmierek, J.: Nowe materiały szkliste dla optyki i techniki światłowodowej, Szkło i Ceramika, 5, (2002), 37-42.
• [3] Wasylak, J., Dorosz D.: Szkła specjalne dla techniki światłowodowej – technologia syntezy, Szkło i Ceramika, 3, (2001), 2-5.
• [4] Dumbaugh, W.: Heavy metal oxide glasses containing Bi2O3, Phys. Chem. Glass, 27, 3, (1986), 119-123.
• [5] Dumbaugh, W., Lapp, J. C.: Heavy metal oxide glasses, J. Am. Ceram. Soc., 75, (1992), 2315-26.
• [6] Lezal, D., Pedlikova, J., Kostka, P., Bludska, J., Poulain, M., Zavadil, J.: Heavy metal oxide glasses: preparation and physical properties, J. Non-Cryst. Solids, 284, (2001), 288-295.
• [7] Iqbal, T., Shahriari M. R., Weitz, G., Sigel, G. H., Jr.: New highly stabilized AlF3-based glasses, J. Non-Cryst. Solids, 184, (1995), 190-193.
• [8] Jijian Cheng , Zhenwu Jin: New lead-halide-based glass-forming systems, J. Non-Cryst. Solids,184, (1995), 213-217.
• [9] Ling Zan, Lin Huang, Chengshan Zhang: New chalcohalide glasses from the Sb2S3-MXn system, J. Non-Cryst. Solids, 184, (1995), 1-4.
• [10] Jijian Cheng, Wei Chen, Dapeng Ye: Novel chalcohalide glasses in the As-Ge-Ag-Se-Te-I system, J. Non-Cryst. Solids, 184, (1995), 124-127.
• [11] Zhiyong Yang, Gao Tang, Lan Luo, Wei Chen: Glass formation and properties of GeSe2-Ga2 Se3-MX (MX is alkali halide) chalcohalide glasses, Mater. Res. Bull., 43, (2008), 3596-3600.
• [12] Bartholomew, R. F., Aitken, B. G., Newhouse, M. A.: Praseodymium–doped cadmium mixed halide glasses for 1.3 µm amplification, J. Non-Cryst. Solids, 184, (1995), 229-233.
• [13] Fernandes, N. I., Poirier, G., Nalin, M.: Thermo and photochromic properties of Na2O-WO3-SbPO4 glasses, Solid State Ionics, 181, (2010), 1125-1130.
• [14] Miller, A. E., Nassau, K., Lyons, K. B., Line,s M. E.: The intensity of Raman scattering in glasses containing heavy metal oxides, J. Non-Cryst. Solids, 99, (1988), 289-307.
• [15] Lucas, J.: Infrared Glasses, Current Opinion, in Solid State and Materials Science, 4, (1999), 181–187.
• [16] Mijaji, F., Sakka, S.: Structure of PbO-Bi2O3-Ga2O3 glasses, J. Non-Cryst. Solids, 134 (1991), 77-85.
• [17] Mogus-Milankivic, A., Furić, K., Ray, C. S., Huang, W., Day, D. E.: Raman studies of PbO-Bi2O3-Ga2O3 glasses and crystallised compositions, Phys. Chem. Glasses, 38, 3, (1997), 148-155.
• [18] Hannon, A. C., Parker, J. M., Behnam Vessal: The effect of composition in lead gallate glasses: a structural study, J. Non-Cryst. Solids, 196, (1996), 187-192.
• [19] Kharlamov, A. A., Almeida, R. M., Heo, J.: Vibrational spectra and structure of heavy metal oxide Glasses, J. Non-Cryst. Solids, 202, (1996), 233-240.
• [20] Yong Gyu Choi, Jong Heo, Chernov, V. A.: Ga K-edge EXAFS analysis on the coordination of gallium in PbO–GaO glasses, J. Non-Cryst. Solids, 221, (1997), 199–207.
• [21] Choi, Y.G., Heo, J.: 1,3 µm emission and multiphonon relaxation phenomena in PbO-Bi2O3-Ga2O3glasses doped with rare-earths, J. Non-Cryst. Solids, 217, (1997), 199-207.
• [22] Kityk, I. V , Wasylak, J., Dorosz, D., Kucharski, J., Benet, S., Kaddouri, H.: PbO-Bi2O3-Ga2O3-BaO glasses doped by Er 3+ as novel materials for IR emission, Optics and Laser Technology, 33, (2001), 511-514.
• [23] Kityk, I. V., Wasylak, J., Kucharski, J., Dorosz, D.: PbO-Bi2O3-Ga2O3-BaO-Dy3+ glasses for IR luminescence, J. Non-Cryst. Solids, 297, (2002), 285-289.
• [24] Pluciński, K. J., Gruhn, W., Wasylak, J., Ebothe, J., Dorosz, D., Kucharski, J., Kityk, I. V.: Luminescence of the Yb-doped PbO-Bi2O3-Ga2O3-BaO glasses, Optical Materials, 22, (2003), 13-19.
• [25] Pisarski, W.A.: Spectroscopic analysis of praseodymium and erbium ions in heavy metal fluoride and oxide glasses, J. Molecular Structure, 744-747, (2005), 473-479.
• [26] Doweidar, H.: Optical properties and structure of R2O-Ga2O3-SiO2 and RO-Ga2O3-SiO2, J. Mater. Sci., (2009), 44, 2899-2906.
• [27] Borrero-González, L. J., Terra, I. A. A., Nunes, L. A. O.: The influence of SiO2 content on spectroscopic properties and laser emission efficiency of Yb3+-Er3+ co-doped calcium aluminosilicate glasses, Appl. Phys. B, 107, (2012), 415-420.