УДК: 546.57, 535.015

Влияние ионов щелочных металлов и серебра на образование структурных дефектов в силикатных стёклах после рентгеновского облучения

Голубков В.В., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Трофимов А.О., Цехомский В.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Голубков В.В., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Трофимов А.О., Цехомский В.А. Влияние ионов щелочных металлов и серебра на образование структурных дефектов в силикатных стёклах после рентгеновского облучения // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 2. С. 57–63.

Golubkov V.V., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Trofimov A.O., Tsekhomskiy V.A. How alkali-metal and silver ions affect the formation of structural defects in silicate glasses after x-irradiation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 2. P. 57–63.

Ссылка на англоязычную версию:

V. V. Golubkov, A. I. Ignat’ev, N. V. Nikonorov, A. I. Sidorov, A. O. Trofimov, and V. A. Tsekhomskiĭ, "How alkali-metal and silver ions affect the formation of structural defects in silicate glasses after x-irradiation," Journal of Optical Technology. 82(2), 108-112 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000108

Аннотация:

Рассмотрено влияние рентгеновского облучения на образование кластеров серебра на основе спектрально-люминесцентных исследований. Увеличение дозы рентгеновского облучения приводит к увеличению оптической плотности исследуемых стёкол в области 300−450 нм и появлению полосы поглощения в области 300 нм в случае стёкол, содержащих Na+. Замена Na+ на Li+ приводит к существенному увеличению поглощения в области 250−300 нм, а замена Na+ на K+ − к смещению полосы поглощения в область 313 нм. Во всех исследованных стёклах после рентгеновского облучения наблюдалась интенсивная люминесценция в области 450−820 нм. Полученные результаты объяснены с учётом изменения структуры стекла и физико-химических свойств при введении различных щелочных оксидов. Анализ люминесцентных свойств исследованных стёкол позволил сделать предположение об образовании отрицательно заряженных кластеров серебра и комплексов вида Agn-Me, где Me = Li+, Na+, K+.

Ключевые слова:

силикатное стекло, люминесценция, поглощение, кластер серебра

Благодарность:

Работа выполнена при государственной финансовой поддержке Российского Научного Фонда (соглашение № 14-23-00136).

Коды OCIS: 160.4236, 300.0300

Список источников:

1. Silver nanoparticles / Ed. by Perez D.P. Vukovar: In-Tech, 2010. 334 p.
2. Encyclopedia of smart materials. V. 2. / Ed. by Schwartz M. N.Y.: John Willey & Sons, Inc., 2002. 1176 p.
3. Афанасьев В.П., Васильев В.Н., Игнатьев А.И., Колобкова Е.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Цехомский В.А. Новые люминесцентные стекла и стеклокерамики и перспективы их использования в тонкопленочной солнечной энергетике // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 10. С. 69−79.
4. Dubrovin V.D., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Shakhverdov T.A., Agafonova D.S. Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses // Opt. Mater. 2014. V. 36. P. 753–759.
5. Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Шахвердов Т.А. Влияние ультрафиолетового облучения и термообработки на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фототерморефрактивных стёклах // Опт. и спектр. 2013. Т. 114. № 5. С. 838−844.
6. Агафонова Д.С., Егоров В.И., Игнатьев А.И., Сидоров А.И. Влияние ультрафиолетового облучения и температуры на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фототерморефрактивных стёклах // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 8. С. 51−56.
7. de Lamaestre E.R., Béa H., Bernas H., Belloni J., Marignier J.L. Irradiation-induced Ag nanocluster nucleation in silicate glasses: Analogy with photography // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 205431-1–205431-8.
8. Isaji T., Wakasugi T., Fukumi K., Kadono K. Reversible redox and clusterization of silver in glasses by X-ray irradiation and heat treatment: Mechanism of photochromic behavior of halogen-free silver-doped glass // Chem. Phys. Lett. 2012. V. 371. P. 72−78.
9. Eichelbaum M., Rademann K., Hoell A., Tatchev D.M., Weigel W., Stoberand R., Pacchioni G. Photoluminescence of atomic gold and silver particles in soda-lime silicate glasses // Nanotechn. 2008. V. 19. № 13. P. 135701-1–135701-5.
10. Treatise on materials science and technology (Glass II) / Ed. by Tomozawa M., Doremus R.H. N.Y.: Academic Press, 1979. V. 17. 375 p.
11. Defects in SiO2 and related dielectrics: Science and technology / Ed. by Pacchioni G., Skuja L., Griscom D.L. Berlin: Springer Link, 2000. V. 2. 624 p.
12. Jiang L., Sheng J. Solarization of silver-doped soda-lime silicate glass containing X-ray induced color centers // Mater. Sci. 2005. V. 40. P. 5177−5180.
13. Griscom D.L., Mizuguchi M. Determination of the visible range optical absorption spectrum of peroxy radicals in gamma-irradiated fused silica // Non-Cryst. Sol. 1998. V. 239. P. 66−77.
14. Trukhin A.N. Solids localized states in wide-gap glasses. Comparison with relevant crystals // Non-Cryst. Sol. 1995. V. 189. P. 1−15.
15. Antonietti J.-M., Michalski M., Heiz U., Jones H., Lim K.H., Rosch N., Del Vitto A., Pacchioni G. Optical absorption spectra of gold atoms deposited on SiO2 from cavity ring down spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 213402-1–213402-4.
16. Del Vitto A., Pacchioni G., Lim K.H., Rosch N., Antonietti J.-M., Michalski M., Heiz U., Jones H. Gold atoms and dimers on amorphous SiO2: Calculation of optical properties and cavity ring down spectroscopy measurements // Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 19876–19884.
17. Fedrigo S., Harbich W., Buttet J. Optical response of Ag2, Ag3, Au2, and Au3 in argon matrices // Chem. Phys. 1993. V. 99. P. 5712−5717.
18. Zheng W., Kurobori T. Assignments and optical properties of X-ray-induced color centers in blue and orange radiophotoluminescent silver-activated glasses // Luminesc. 2011. V. 131. P. 36−40.
19. Felix C., Sieber C., Harbich W., Buttet J., Rabin I., Schulze W., Ertl G. Fluorescence and excitation spectra of Ag4 in an argon matrix // Chem. Phys. Lett. 1999. V. 313. P. 105−109.
20. Zhao S., Liu Z.-P., Li Z.-H., Wang W.-N., Fan K.-N. Density functional study of small neutral and charged silver cluster hydrides // Phys. Chem. A. 2006. V. 110. P. 11537−11542.
21. Zhou J., Li Z.-H., Wang W.-N., Fan K.-N. Density functional study of the interaction of carbon monoxide with small neutral and charged silver clusters // Phys. Chem. A. 2006. V. 110. P. 7167−7172.
22. Zhao S., Li Z.-H., Wang W.-N., Fan K.-N. Density functional study of the interaction of chlorine atom with small neutral and charged silver clusters // Chem. Phys. 2005. V. 122. P. 144701-1–144701-6.

23. Zhou J., Li Z.-H., Wang W.-N., Fan K.-N. Density functional study of the interaction of molecular oxygen with small neutral and charged silver clusters // Chem. Phys. Lett. 2006. V. 421. P. 448−452.
24. Sun L., Zhang A., Su S., Wang H., Liu J., Xiang J. A DFT study of the interaction of elemental mercury with small neutral and charged silver clusters // Chem. Phys. Lett. 2011. V. 517. P. 227−233.
25. Kochetkov D.A., Nikonorov N.V., Sycheva G.A., Tsekhomskii V.A. The effect of gold nanoparticles on crystallization processes in photostructured lithium-silicate glass // Glass Phys. Chem. 2013. V. 39. № 4. P. 351−357.
26. Nagata S., Kawai T., Hirai T. Energy transfer from CsI host lattice to Ag-centers in CsI:Ag-crystals // Opt. Mater. 2013. V. 35. P. 1257−1260.
27. Pedersen D.B., Wang S. Real-time experiments on the spontaneous restructuring of self-assemblies of naked Ag nanoparticle anions: How close can two nanoparticles get? // Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 3258−3265.
28. Мазурин О.В. Электрические свойства стекла. Л.: Госхимиздат, 1962. 162 с.
29. Цехомский В.А., Мазурин О.В., Евстропьев К.К. К вопросу о природе проводимости алюмосиликатных стёкол // ФТТ. 1963. Т. 5. № 2. С. 586−589.