УДК: 535.36

Прозрачные стеклокристаллические материалы на основе нанокристаллов ZnO и ZnO:Co2+

Алексеева И.П., Дымшиц О.С., Жилин А.А., Запалова С.С., Шемчук Д.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Алексеева И.П., Дымшиц О.С., Жилин А.А., Запалова С.С., Шемчук Д.В. Прозрачные стеклокристаллические материалы на основе нанокристаллов ZnO и ZnO:Co2+ // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 12. С. 27–34.

Alekseeva I.P., Dymshits O.S., Zhilin A.A., Zapalova S.S., Shemchuk D.V. Transparent glass–ceramics based on ZnO and ZnO:Co2+ nanocrystals [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2014. V. 81. № 12. P. 27–34.

Ссылка на англоязычную версию:

I. P. Alekseeva, O. S. Dymshits, A. A. Zhilin, S. S. Zapalova, and D. V. Shemchuk, "Transparent glass–ceramics based on ZnO and ZnO:Co²⁺ nanocrystals," Journal of Optical Technology. 81(12), 723-728 (2014). https://doi.org/10.1364/JOT.81.000723

Аннотация:

Синтезированы неактивированное и активированное оксидом кобальта стёкла калиевоцинковоалюмосиликатной системы. Методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа исследованы кинетика кристаллизации и природа фаз, выделяющихся при термообработке исходных стёкол в интервале температур 680–950 °С, а также влияние добавки оксида кобальта на процессы фазовых превращений. Получены прозрачные стеклокристаллические материалы на основе только нанокристаллов оксида цинка, а также оксида цинка и β-виллемита. Обнаружено, что при термообработке кобальтсодержащих стёкол ионы кобальта из исходного стекла сначала входят в образующиеся нанокристаллы оксида цинка, а при повышении температуры – в нанокристаллы β-виллемита.

Ключевые слова:

стеклокристаллический материал, оксид цинка, нанокристаллы, рентгенофазовый анализ, поглощение

Благодарность:

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ, грант 13-03-01289 А.

Коды OCIS: 010.1030, 160.2900, 160.6000, 300.6560

Список источников:

1. Klingshirn C., Fallert J., Zhou H., Sartor J., Thiele C., Maier-Flaig F., Schneider D., Kalt H. 65 years of ZnO research – old and very recent results // Phys. Status Solidi B. 2010. V. 247. № 6. P. 1424–1447.
2. Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Doğan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morkoçd H. A comprehensive review of ZnO materials and devices // J. Appl. Phys. 2005. № 98. P. 041301-1–041301-103.
3. Djurišić A.B., Chen X., Leunga Y.H., Ngab Alan Man Ching. ZnO nanostructures: growth, properties and applications // J. Mater. Chem. 2012. № 22. P. 6526–6535.
4. Höland W., Beall G. Glass-ceramic technology. Westerville, Ohio: Am. Ceram. Soc., 2002. 361 р.
5. Malyarevich A.M., Denisov I.A., Volk Y.V., Yumashev K.V., Dymshits O.S., Zhilin A.A. Nanosized glass ceramics doped with transition metal ions: nonlinear spectroscopy and possible laser applications // J. Alloys Compd. 2002. V. 341. № 1–2. P. 247–250.
6. Pinckney L. R. Transparent glass-ceramics based on ZnO crystals // Phys. Chem. Glasses. 2006. V. 47. № 2. P. 127–130.
7. Luo Q., Qiao X., Fan X., Zhang X. Near-infrared emission of Yb3+ through energy transfer from ZnO to Yb3+ in glass-ceramic containing ZnO nanocrystals // Opt. Lett. 2011. V. 36. № 15. P. 2767–2769.
8. Ghaemi B., Zhao G., Huang S., Wang J., Han J. Structural and luminescence properties of Er-doped zincaluminosilicate glass-ceramic // J. Am. Ceram. Soc. 2012. V. 95. № 6. P. 1911–1914.
9. Ghaemi B., Zhao G., Jie G., Xi H., Li X., Wang J., Han J. A study of formation and photoluminescence proprieties of ZnO quantum dot doped zinc-alumo-silicate glass-ceramic // Opt. Mat. 2011. V. 33. P. 827–830.
10. Masai H., Toda T., Ueno T., Takahashi Y., Fujiwara T. ZnO glass-ceramics: An alternative way to produce semiconductor materials // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. P. 151908.
11. Qian G., Liang X., Bei J., Yuan S., Chen G. Photoluminescence properties of zinc oxide in barium and fluorine silicate glasses // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. № 4. P. 1255–1257.
12. Chen G., Nikl M., Solovieva N., Beitlerova A., Rao J., Yang Y., Zhang Y., Jiang X., Zhu C. Photoluminescent properties of nanocrystallized zinc borosilicate glasses // Radiation Measurements. 2004. V. 38. P. 771–774.
13. Lipson H., Steeple H. Interpretation of X-ray powder patterns / Ed. by McMillan. London, N.Y.: Martins Press, 1970. 335 p.
14. Bates T. Ligand field theory and absorption spectra of transition-metal ions in glasses // In Modern Aspects of the Vitreous State / Ed. by Mackenzie J.D. London: Butterworths, 1962. P. 195–254.
15. Bamford C.R. Colour generation and control in glass. Amsterdam: Elsevier, 1997.
16. Kang U., Dymshits O.S., Zhilin A.A., Chuvaeva T.I., Petrovsky G.T. Structural states of Co2+ in β-eucryptitebased glass-ceramics nucleated with ZrO2 // J. Non-Cryst. Solids. 1996. V. 204. P. 151–157.

17. Hunault M., Calas G., Galoisy L., Lelong G., Newville M. Local ordering around tetrahedral Co2+ in silicate glasses // J. Am. Ceram. Soc. 2014. V. 97. № 1. P. 60–62.
18. Keppler H., Bagdassarov N. The speciation of Ni and Co in silicate melts from optical absorption spectra to 1500 oC // Chem. Geol. 1999. V. 158. P. 105–115.
19. Peng Y.Z., Liew T., Song W.D., An C.W., Teo K.L., Chong T.C. Structural and optical properties of Codoped ZnO thin films // Journal of Superconductivity: Incorporating Novel Magnetism. 2005. V. 18. № 1. P. 97–103.
20. Ozel E., Yurdakul H., Turan S., Ardit M., Cruciani G., Dondi M. Co-doped willemite ceramic pigments: Technological behavior, crystal structure and optical properties // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 30. P. 3319–3329.
21. Koidl P. Optical absorption of Со2+ in ZnO // Phys. Rev. B. 1977. V. 15. № 5. P. 2493–2499.
22. Brunold T.C., Güdel H.U., Cavalli E. Absorption and luminescence spectroscopy of Zn2SiO4 willemite crystals doped with Со2+ // Chem. Phys. Lett. 1996. V. 252. P. 112–120.