Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2025(16))

Введение Боросиликатные стекла (БС) — это особый тип стекол, которые содержат два оксида стеклообразователя, т. е. SiO 2 и B 2 O 3 , что позволяет сочетать преимущества стабильности и устойчивости к атмосферной влаге силикатного стекла и превосходной растворимости ионов переходных металлов (ИПМ) боратного стекла [1]. БС находят широкое применение в качестве элементов оптических устройств, защитных экранов от радиации, экранов дисплеев и фармацевтической тары [1]. Стекла, легированные ИПМ, в последнее время привлекают внимание исследователей из-за их фотопроводящих и специальных оптических свойств, которые проявляются потому, что ИПМ в стекле могут существовать в разных степенях окисления, что, в свою очередь, может определять различные структурные роли ИПМ в сетке стекла. Кроме того, ИПМ часто применяются в качестве красителей в стеклах. Их окрашивающая способность обусловлена переходами J -уровня этих катионов. Эти отличительные качества стекол, легированных ИМП, определяют их применение в различных приложениях таких, как твердотельные лазеры, концентраторы солнечной энергии и системы оптоволоконной связи [2]. В связи с чем особенно актуальными представляются исследования спектральных свойств БС, легированных ИПМ. Целью данной работы являлось исследование натриевоборосиликатных стекол (НБС), легированных оксидами переходных металлов, (на примере C r 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Fe 2 O 3 , N i 2 O 3 ) методами оптической и ИК-спектроскопии. М а т е р и а лы и методы Объектами исследования в данной работе были стекла составов (мол. % , по синтезу) 6Na2O-22B2O3'7GSiO2'2Me2O3, где Me = Cr, Mn, Fe, Ni. Стекла были синтезированы методом варки из шихты в платиновых тиглях в силитовой печи при температуре 1420-1520 °C в течение 1,5-4 ч в зависимости от состава с постоянным перемешиванием платиновой мешалкой. В качестве сырьевых материалов для составления шихты использовали Na 2 CO 3 (осч), H 3 BO 3 (чда), SiO 2 в виде молотого кварцевого стекла — & 2 O 3 (чда), Mn2O3 (чда), Fe2O3 (чда) и Ni2O3 (чда). После отливки стекла отжигались в муфельной печи для снятия внутренних напряжений. После отжига все стекла были дополнительно термообработаны при 550 °С в течение 96 -144 ч для инициации процесса ликвации (фазового разделения). Стекла были исследованы методом оптической спектроскопии в диапазоне 190-1100 нм на высокочувствительном UV/VIS спектрофотометре СФ-2000 («ОКБ Спектр», Россия) с шагом съемки 1 нм. Измерения проводили при комнатной температуре на плоскопараллельных полированных образцах толщиной 1 ± 0,02 мм. Спектры инфракрасной ИК-спектроскопии пропускания образцов двухфазных стекол были получены на инфракрасном спектрометре с Фурье- преобразованием Shimadzu IRTracer-100 (Shimadzu, Япония). Образцы для измерения представляли собой прессованную из смеси образца и KB r-таблетку диаметром 10 мм, соотношение образца к KBr — 1:100. Спектры были отсняты на 32 сканах в диапазоне от 4000 до 400 см-1 с разрешением 2 см-1 при температуре в помещении 20 °С. Р е зу л ь т а ты исследований На ИК-спектрах исследованных стекол наблюдаются следующие полосы пропускания (рис. 1). Для всех стекол обнаружены полосы, характерные для ассиметричных валентных (при 1097-1094 см-1) и деформационных (при 803-793 и 465 см-1) колебаний в кремний-кислородных группах [3]. Также на спектрах присутствуют полосы около 925-902 и 679-669 см-1, обусловленные ассиметричными валентными колебаниями связей B-O-Si [3, 4]. Для всех стекол наблюдаются полосы пропускания, которые можно отнести к деформационным колебаниям в тригональных BO 3 группах (1394, 702-696, 679-669 см-1) [3, 5], а также плечи при 1245-1233 см-1, которые можно приписать валентным колебаниям связей B-O в цепочках [BO 2 O-]n [6]. Спектры стекол, легированных оксидами хрома и марганца, несколько отличаются от остальных исследованных стекол. В частности, на спектре хромсодержащего стекла наблюдается полоса пропускания при 582 см-1, которая соответствует колебаниям связи O-Cr-O в Cr 2 O 3 [3], а также полоса с минимумом при 624 см-1, которая является характерной Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 4. С. 50-55. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 4. P. 50-55. © Клюшев Ф. К., Конон М. Ю., Гирсова М. А., Аликин М. Б., 2025 51