СИНТЕЗ РЗЭ -СОДЕРЖАЩИХ ЗОЛЬ

СИНТЕЗ РЗЭ-СОДЕРЖАЩИХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПОКРЫТИЙ
ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
Семченко А.В., Сидский В.В., Алешкевич Н.А., Кравченко В.В.
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины,
Беларусь, г. Гомель, Советская 104
e-mail: semchenko@gsu.by
Потребность в новых материалах для таких интенсивно развивающихся отраслей
как оптическое приборостроение, волоконная оптика и оптоэлектроника является
причиной неослабевающего интереса к материалам, активированным ионами
редкоземельных элементов, в частности, к кварцевому стеклу, а также к силикатным
пленкам, содержащим ионы лантаноидов. Cпектрально-люминесцентные свойства этих
материалов позволяют с успехом применять их в вышеперечисленных областях, а также в
качестве люминофоров.
Однако многие ионы РЗЭ, находящиеся в высшем зарядовом состоянии,
характеризуются слабым поглощением в видимой области спектра, что соответствует
достаточно низкой вероятности переходов из основного состояния в метастабильное
состояние и на еще более высокоэнергетические уровни. Поэтому поиск сенсибилизатора
люминесценции для ионов РЗЭ является достаточно актуальной задачей. В частности, в
качестве такого сенсибилизатора могут быть выбраны ионы либо наночастицы серебра.
Материалы, синтезируемые золь-гель методом (кварцевые пленки либо стекла),
являются одним из немногих видов матриц, в которых удается сформировать кластеры
либо наночастицы серебра. С другой стороны, кварцевые стекла и пленки,
синтезированные
с
использованием
золь-гель
метода,
обладают
такими
привлекательными свойствами, как высокая термо- и химическая стойкость, высокая
оптическая однородность и прозрачность. Сам же метод обладает такими несомненными
преимуществами, как простота используемого оборудования, экономичность,
экологичность, гибкость технологии. Кроме того, варьируя концентрации Ag, а также
температуру отжига и атмосферу термообработки, можно существенно изменять
структуру формируемых простых либо сложных центров Ag, и, соответственно,
положение и ширину полосы поглощения Ag.
Первой стадией золь-гель процесса синтеза стёкол и плёнок (рисунок 1) является
растворение исходных компонентов (алкоксидов металлов) с образованием гомогенных
водного или органических растворов. Далее происходит гидролиз алкоксидов и
поликонденсация продуктов реакции, приводящая к образованию золя, а затем
коллоидной фазы. Реакция гидролиза может протекать при кислотном (HCl) либо
щелочном катализе, причем в результате получаются разные продукты: в кислой среде
образуются линейные полимеры, в щелочной - разветвленные кластеры [2].
В
качестве
исходного
компонента
может
использоваться,
в
частности,
тетраэтилортосиликат (ТЭОС). Реакция гидролиза TEOS следующая:
Si (OC 2 H 5 ) + 4 H 2 O → Si (OH )4 + 4C 2 H 5OH
На скорость реакций гидролиза и поликонденсации также оказывают влияние
многочисленные технологические факторы, основными из которых являются наличие
катализатора, температура, рН, концентрация растворителя и т.д. Поликонденсация и
последующее формирование геля даёт в конечном счёте двумерные (покрытия) или
объёмные (стёкла) образцы, содержащие различные активирующие элементы.
Рис. 1 - Общая диаграмма золь-гель процесса синтеза легированных кварцевых стекол и
пленок
Как в стеклах, так и в покрытиях, синтезируемыех золь-гель методом, и
содержащих одновременно соединения редкоземельных элементов и серебра,
наблюдается эффект сенсибилизация люминесценции редкоземельного иона за счет
внутрицентрового переноса ионами серебра и алюминия, описанных вышеупомянутых
особенностей матриц. Например, усиление люминесценции достигает 2-5 раз в Sm-Ag- и
Eu-Ag-содержащих стеклах и 2-3 разах в Sm-Cu- и Eu-Cu-содержащих системах по
сравнению с активированными стеклами.
Таблица 1 - Зависимость интенсивности пиковой люминесценции Sm-Ag-содержащих
стекол
Увеличение пика
Структура стекла
люминесценции
SiO2
Sm2O3
Ag2O
Iлюм (λвозб = 280 нм;
λрег = 652 нм
96,9
2,0
1,1
14
96,0
2,0
2,0
23
99,3
0,2
0,5
4
99,0
1,0
1
−
1. Власов А.С., Крайнова Л.М. Использование золь-гель процессов в технологии
керамики// Тр. Московского химико-технологического института.- 1988.- №153.-C.110115
2. Brinker C.J., Sherer G.W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel
Processing. –N.-Y.: Acad.Press, - 1990.- 348 p.