10362

10362

مطالعه رفتار تبلور و خواص نوري شيشه سراميك هاي نانوساختار

دكتري

مواد - سراميك

مهر 1391

مهر 1391

دكتر واهاك مارقوسيان -دكتر افتخاري يكتا

دكتر شاخصي - دكتر اسلامي

چكيده اين تحقيق با هدف بررسي شيشه سراميكهايي شفاف، مناسب براي تقويتكننده ها و مبدلهاي نوري انجام شد. در اين راستا تغييرات تركيب اوليه، SiO2-Al2O3-MF(M=Ca or La) فروسرخ به مرئي در سيستم رفتار تبلور، قابليت شيشه سازي، جدايش فازي مايع-مايع، بررسيهاي ريزساختاري و همچنين پارامترهاي نوري مورد بررسي قرار گرفتند. ،(Emission) و گسيل (Excitation) از قبيل بازده نورتابي و سازوكار فرآيند تهييج آزمايشها نشان داد مقدار اكسيد آلومينيم و فلوريد كلسيم موجود در آناليز اوليه شيشههاي اكسي فلوريدي مورد مطالعه، نقش بهسزايي در سازوكار جدايش فازي، دماي تبلور، اندازه و درصد حجمي فاز متبلور شده فلوريد كلسيم دارند. مقدار بيشينه فلوريد كلسيم در شيشهها قبل از اين كه بطور ناخواسته متبلور شوند به نسبت مولي 35 و 30 نسبت مولي بود. ، 2 به ترتيب برابر 35 / 2 و 5 /18 ،1/ وابسته بوده و در نسبتهاي 8 SiO2/Al2O3 28/ همچنين اكسيد آلومينيم نقش بسزايي بر ميزان تبخير فلوئور در هنگام فرآيند ذوب داشت. افزايش آن از 5 به 32 درصد وزني، منجر به كاهش درصد فلوئور تبخير شده از 41 به 37 درصد وزني گرديد. طيف سنجي مرئي- فرابنفش نمونهها نشان داد كه اندازه بلوركهاي فلوريد كلسيم در نمونههايي با نسبت 2، همواره كمتر از 30 نانومتر بود. به اين دليل شفافيت اين نمونهها در تمامي دماهاي / برابر 18 SiO2/Al2O3 عمليات حرارتي حفظ شد. همچنين نتايج آزمايشهاي پراش پرتو ايكس نشان داد ميزان فازبلوري فلوريد 1 افزايش مييابد. در حاليكه در نمونههاي با / برابر 8 SiO2/Al2O كلسيم با افزايش دما در نمونه با نسبت 3 2 حساسيت كمتري نسبت به دما ديده شد. اين پديده به لايهاي كه هنگام تبلور در اطراف / 2 و 5 / نسبتهاي 18 بلورهاي فلوريد كلسيم تشكيل ميشود و از رشد بيشتر بلورها جلوگيري ميكند نسبت داده شد. با استفاده از 2 كه با يونهاي / برابر 18 SiO2/Al2O تصاوير ميكروسكوپ نيروي اتمي لايه مورد نظر در نمونه با نسبت مولي 3 دوپ شده بود شناسايي گرديد. Yb و + 3 Er3+ خ نقش مثبتي در تبلور فلوريد كلسيم در Yb بر خلاف يون + 3 Er نتايج آزمايشها، همچنين نشان داد، يون+ 3 بيانگر آن است كه Yb شيشههاي مورد بررسي دارد. بررسيهاي نوري شيشه سراميك دوپ شده با يونهاي + 3 در فاز بلوري فلوريد كلسيم بوجود Yb در اثر انتقال انرژي بين جفت يونهاي+ 3 (Cooperative) نورتابي تعاوني وابسته مي باشد. Yb آمده است. نتايج نشان داد اين نورتابي به مدت زمان عمليات حرارتي و غلظت يونهاي+ 3 از قبيل فاز بلوري يا فاز شيشهاي به صورت غير مستقيم با استفاده از نتايج Yb و + 3 Er موقعيت يونهاي + 3 ترازهاي الكتروني، طيفهاي گسيل (Luminescense decay curves) آزمايشهاي نوري اعم از واپاشي نورتابي در هنگام تبلور مشخص گرديد. نتايج نشان داد با توجه به نقش (Upconversion) و تبديل طول موج رو به بالا براي فاز بلوري فلوريد كلسيم مقدار قابل توجهي از آن در هنگام عمليات حرارتي درون فاز Er جوانهزايي يون+ 3 به مرور زمان و افزايش دماي عمليات حرارتي وارد فاز Yb بلوري فلوريد كلسيم قرار ميگيرد در حاليكه يون + 3 بلوري مورد نظر ميشود. ارزيابي فرآيند تبديل طول موج رو به بالا كه منجر به گسيل قرمز رنگ در اثر تهييج با 975 شده بود نشان داد با افزايش دماي عمليات حرارتي سازوكار جذب ناشي از ترازهاي nm طول موج (Energy Transfer) نسبت به سازوكار تبديل امواج با انتقال انرژي (Excited State Absorption) برانگيخته در داخل فاز بلوري فلوريد كلسيم در Er و+ 3 Yb ضعيفتر شده است. اين پديده به كاهش فاصله بين يونهاي+ 3 اثر افزايش غلظت اين يونها در داخل فاز بلوري با افزايش دما نسبت داده شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري تبلور بلوركهاي نانومتري فلوريد كلسيم با شكل كروي را در شيشه سراميكهاي حاوي يونهاي ذكر شده تاييد كرد. SiO2- -LaF در اين پژوهش تاثير فلوريد لانتانيوم بر رفتار تبلور و ويژگيهاي نوري شيشههاي سيستم 3 نيز بررسي شد. نتايج نشان داد اضافه شدن فلوريد لانتانيوم به تركيب اوليه، مقدار فلوئور تبخير Al2O3-CaF2 شده درهنگام فرآيند ذوب را افزايش ميدهد كه اين اثر به افزايش دماي ذوب شيشه نسبت داده شد. با توجه به د قدرت ميدان يوني و مقدار فلوئور موجود در شيشه پس از عمليات ذوب، فلوريد كلسيم قبل از فلوريد لانتانيوم متبلور گرديد. بررسي نمونههاي حاوي 5 درصد مولي فلوريد لانتانيوم و 30 درصد مولي فلوريد كلسيم نشان كمتر از يونهاي (Ca1-xLaxF2+x) در بلوركهاي فلوريد كلسيم لانتانيوم Yb داد كه امكان حلاليت يونهاي + 3 است. همچنين در هنگام عمليات حرارتي شيشههاي ساخته شده محلول جامد فلوريد كلسيم- فلوريد Er3+ لانتانيوم تشكيل شد. بيشترين راندمان نورتابي پرتوهاي سبز توليد شده در SiO2-Al2O3-CaF در بين شيشه سراميكهاي سيستم 2 2 كه حاوي به / برابر 18 SiO2/Al2O اثر فرآيند تبديل طول موج رو به بالا متعلق به شيشهاي با نسبت مولي 3 690 به ◦C 0 و 2 نسبت مولي فلوريدهاي كلسيم، اربيوم و ايتربيوم بود. شيشه مورد نظر در دماي /5 ، ترتيب 35 مدت 48 ساعت عمليات حرارتي شده بود. بيشترين شدت پرتوهاي سبز و قرمز گسيل ،SiO2-Al2O3-CaF2-LaF در بين شيشه سراميكهاي سيستم 3 1 و حاوي / برابر 8 SiO2/Al2O شده در اثر فرآيند تبديل طول موج رو به بالا را شيشه سراميك با نسبت مولي 3 به ترتيب 30 و 5 نسبت مولي فلوريد كلسيم و فلوريد لانتانيوم داشت. اين شيشه به صورت همزمان با يونهاي 660 به مدت 72 ساعت عمليات ◦C 0 و 2 دوپ شده و در دماي / با نسبتهاي مولي به ترتيب 5 Yb و + 3 Er3+ حرارتي شده بود.