КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-73-00236
НазваниеРазработка оптических ситаллов, соактивированных ионами редкоземельных металлов и наночастицами благородных металлов с управляемым положением плазмонного резонанса, для применений в фотонике
Руководитель Шахгильдян Георгий Юрьевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" , г Москва
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова стекло, ситалл, поверхностный плазмонный резонанс, фазовое разделение, ликвация, кристаллизация, ПЭМ
Код ГРНТИ47.09.41
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Оптические ситаллы (ОС) представляют собой прозрачные композиционные материалы, которые состоят из нанокристаллов, гомогенно распределенных в химически инертной и механически прочной матрице стекла. Впервые разработанные в середине ХХ века, сегодня ОС переживают новый всплеск исследовательского интереса в силу возможности их применения в качестве сред для активных лазерных элементов и светоизлучающих сред повышенной эффективности, что достигается путем внедрения ионов-активаторов в структуру нанокристаллов. Дополнительно, для сенсибилизации люминесценции ионов-активаторов в стеклах используются плазмонные наночастицы благородных металлов, которые вносят изменения в локальное окружение активаторов и могут значительно повышать интенсивность люминесценции последних. Эффективность такой соактивации во многом зависит от спектрального положения полосы локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР) наночастиц, обеспечивающего передачу энергии ионам-активаторам. При этом, положения полос ЛППР фиксированы и для большинства оксидных стекол лежат в диапазоне 515-530 нм (для золота) и 415-430 нм (для серебра), в то время как возможность изменения положения в оптическом спектре может способствовать тонкой настройке процессов соактивации и повышения эффективности сенсибилизации люминесценции.
Недавно Заявителем была показана возможность сдвига полосы ЛППР более чем на 100 нм в результате наномасштабной ликвации титаносодержащего стекла при получении оптических ситаллов [Shakhgildyan, G., et al. J. Non-Cryst. Solids, 566 (2021): 120893], этот феномен связывается с локальным повышением показателя преломления материала в ликвационных областях, богатых титанатной фазой, что выражается в смещении полосы ЛППР в длинноволновую область. В тоже время, пока остается неисследованным влияние концентрации фазы TiO2 или ZrO2 на возможность сдвига полосы ЛППР. В данном проекте планируется использовать указанный подход к сдвигу ЛППР для сенсибилизации люминесценции ионов-активаторов и получения оптических ситаллов с высокой эффективностью люминесценции по сравнению с аналогичными материалами данного класса.
В проекте будет исследована стеклообразующая система MeO2-ZnO-AL2O3-SiO2, где Me=Ti, Zr; система также будет содержать ионы-активаторы (Eu3+, Er3+) и металлы Au, Ag для формирования плазмонных наночастиц. В проекте будут поступательно решены три исследовательские задачи: (i) исследовано влияние концентрации TiO2 и ZrO2 на возможность сдвига положения полосы ЛППР наночастиц Au и Ag при температурной обработке стекол; (ii) исследована возможность управлять сенсибилизацией люминесценции ионов Eu3+, Er3+ за счет изменения положения ЛППР наночастиц благородных металлов, (iii) исследовано влияние структуры формирующейся в ситалле кристаллической фазы на эффективность люминесценции ионов-активаторов. В результате планируется разработать оптические ситаллы с управляемыми оптическими свойствами, которые могут найти применения как в качестве светоизлучающих сред (в том числе в составе элементов LED), так и в качестве активных лазерных элементов (в том числе волоконно-оптических усилителей).
В процессе реализации проекта будет синтезирована серия оптически однородных стекол указанной системы, определены термомеханические характеристики стекол и проведены серии температурных обработок для инициирования процессов ликвации и кристаллизации. Структура полученных материалов будет изучаться с применением методов рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и энергодисперсионной спектроскопии, спектроскопии ИК и комбинационного рассеяния. Оптические свойства будут исследованы при помощи оптической спектроскопии поглощения и люминесцентной спектроскопии.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ