CC BY
1ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ -
И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ВЕСТНИК ТСГУ. 2023. № 2 (69)
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
УДК 535.343.2: 535.372: 666.22
И. М. Плешанов, Д. В. Марасанов, Е. М. Сгибнев, Д. С. Гец, Н. В. Никоноров
ПРИМЕНЕНИЕ НАТРИЕВО-АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, ЛЕГИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ КЛАСТЕРАМИ СЕРЕБРА В ИОНООБМЕННОМ СЛОЕ В КАЧЕСТВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ИСКРЫ
Плешанов И. М. - асп. факультета «Фотоники», e-mail: impleshanov@itmo.ru (Университет ИТМС); Марасанов Д. В. - к. ф.-м. наук факультета «Фотоники», e-mail: dmitri-ymarasanov@bk.ru (Университет ИТМС); Сгибнев Е. М. - к. ф.-м. наук факультета «Фотоники», e-mail: sgibnevm@gmail.com (Университет ИТМС); Гец Д. С. - к. х. наук факультета «Фотоники», e-mail: dmitry.gets@metalab.ifmo.ru (Университет ИТМС); Никоноров Н. В. - д. ф.-м. наук факультета «Фотоники», e-mail: nikonorov@oiifmo.ru (Университет ИТМС)
Проведен анализ спектров излучения искры и электрического разряда. Рассмотрена возможность преобразования ультрафиолетового излучения в видимую область спектра за счет явления люминесценции. Рассмотрены и исследованы стекла, легированные молекулярными кластерами серебра в качестве преобразователя излучения для оптических датчиков. Рассмотрены их спектры люминесценции, оптической плотности и квантовый выход при различных длинах волн возбуждения. Показана кинетика флуоресценции и фосфоресценции кластеров серебра и произведен расчет среднего времени жизни для образцов. Исследованные натриево-алюмосиликатные стекла, легированные молекулярными кластерами серебра в ионообменном слое, подходят для использования в качестве преобразователя излучения в датчиках искры.
Ключевые слова: молекулярные кластеры серебра, флуоресценция, фосфоресценция, натриево-алюмосиликатные стекла, ионный обмен, люминесценция, волоконно-оптические датчики, искра, преобразователь излучения.
Введение
Обнаружение и измерение ультрафиолетового излучения важны в различных сферах деятельности человека. Ультрафиолетовая область спектра делиться на три диапазона. Диапазон A с длиной волны от 320 до 400 нм. В этом диапазоне излучения наблюдается минимум поглощения излучения атмосферой. Диапазон B с длиной волны 270 до 320 нм. Это излучение является наиболее вредным для людей. Диапазон C с длиной волны от 200 до 270 нм. Данное излучение полностью
© Плешанов И. М., Марасанов Д. В., Сгибнев Е. М., Гец Д. С., Никоноров Н. В., 2023
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
поглощается озоном в высоких слоях атмосферы, разрушает клетки и может использоваться для стерилизации в медицине.
Проблема обнаружения и определения местоположения искры и электрического разряда ярко проявляется в сферах обеспечения безопасности на различных промышленных объектах. Возникновение чрезвычайных ситуаций может предотвратить своевременная регистрация электрического разряда или искрения. Регистрация электрического разряда или искрения возможна с помощью оптических датчиков. Преимуществами данных датчиков являются их высокая чувствительность, надежность и быстродействие. Также к преимуществам можно отнести невосприимчивость к электромагнитным помехам и способность работы в агрессивных средах. Этому способствует то, что электрическую часть датчика можно расположить за пределом агрессивной среды или электромагнитных помех.
Спектр излучения электрической искры находится в основном в УФ-области в диапазоне 250-450 нм [1]. Для регистрации искры или электрического разряда можно использовать фотоприемники чувствительные к УФ излучению. Такие фотоприемники обладают низкой спектральной селективностью и низкой надежностью из-за их деградации под действием УФ излучения. Кроме того, фотоприемники нельзя использовать в условиях высокого электромагнитного поля и в агрессивных средах. Решением данной проблемы является использование преобразователей излучения в конструкции оптического датчика, выполненных из диэлектрических материалов. Использование преобразователей излучения позволит вынести электрическую часть оптического датчика за пределы электромагнитных полей. Преимуществами данного решения является использование оптической части датчика в близи высоких электромагнитных полей, что дает превосходство над фотоприемниками.
В работах 2 и 3 рассмотрена принципиальная схема позиционно-чувствитель-ных люминесцентных искровых датчиков, в частности особенности его оптической части. В данной работе предлагается решение, с помощью которого существует возможность определять местоположение искры по двум или трем координатам. Предлагаемое решение даст преимущество давая информацию о месте возникновения электрического разряда, что поможет в проведении ремонтных работ технического персонала на объекте. В рассмотренных системах оптического датчика искрения основным элементом является преобразователь излучения. От характеристик данного элемента зависит надежность и своевременное срабатывание датчика. В рассмотренной системе оптического датчика используются оптические волокна и фотоприемники. Преобразователь излучения дает возможность для согласования с оптическим волокном и фотоприемником. Согласование с оптическим волокном дает возможность уменьшить потери в волокне на светорассеива-ние. Согласование с фотоприемником дает возможность согласования пиков чувствительности фотоприемника с полосами фотолюминесценции преобразователя излучения. Поиск подходящих преобразователей излучения является актуальной задачей.
Люминесценцией в таком диапазоне обладает натриево-алюмосиликатное стекло с молекулярными кластерами серебра [4]. Серебро вследствие низкой рас-
ПРИМЕНЕНИЕ НАТРИЕВО-АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, ЛЕГИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ КЛАСТЕРАМИ СЕРЕБРА В ИОНООБМЕННОМ СЛОЕ В КАЧЕСТВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ИСКРЫ
творимости в натриево-алюмосиликатном стекле можно вводить большую концентрации методом низкоконцентрированного ионного обмена (НИО), чем при синтезе [5-7].
Целью данной работы является изучение спектральных характеристик и времени жизни флуоресценции натриево-алюмосиликатных стекол, легированных молекулярными кластерами серебра в ионообменном слое, оптимизация их параметров для использования их в качестве преобразователей излучения в позици-онно-чувствительных волоконно-оптических датчиках искры.
Материалы и методы изучения
В данном исследовании были рассмотрены образцы стекл на основе матрицы Na2O-ZnO-AhO3-SiO2-F, легированную Sb2O3 (0,002 мол.%). Для восстановления серебра до атомарного состояния с будущим ростом молекулярных кластеров применяется сурьма, так как она имеет некоторое количество валентных состояний с Sb3+ до Sb5+ при помощи окислительно-восстановительных реакций. С помощью дифференциального сканирующего калориметра (ДСК) STA 449F1 Jupiter измерялась температура стеклования со скоростью нагрева 10 К/мин. Температура нагрева составляла 482 °C. После синтеза стекла подготавливались плоскопараллельные пластины, имеющие толщину в среднем 1 мм. После изготовленные образцы шлифовались и полировались на специальном оборудование, для придания образцам оптического качества поверхности. Для формирования серебреного слоя использовался метод Na+-Ag+ НИО. Суть данного метода заключается в следующем: кармическую чашу, содержащую расплав смеси нитратов серебра и натрия (5 мол.% AgNO3 и 95 мол.% NaNO3) и образцов GIE30, GIE180 и GIE540 нагревали в муфельной печи до температуры 320 °С. НИО проводился в течение 30 мин для GIE30, 3ч для GIE180 и 9 ч для GIE540. Термообработки (ТО) исследуемых в работе образцов проводились в течение 24 часов в муфельной печи при 450 °С. В качестве спектрофотометра для измерения характеристик оптической плотности использовался двухлучевой спектрофотометр Lambda 650 PERKIN ELMER (США). Для характеризации люминесцентных свойств образцов (спектры люминесценции и возбуждения) использовалась интегрирующая сфера Hamamatsu с многоканальным приемником излучения PMA-12. Для получения кинетики затухания фосфоресценции использовался спектрофлуориметр PERKIN ELMER LS50B. Кинетику затухания флуоресценции измеряли с помощью платы TimeHarp 260 (PicoQuant) с временным разрешением. В качестве источника излучения использовался импульсный лазер (Xex=400 нм, т=150 фс, f=250 кГц), сигнал снимался с помощью SPAD серии PDM (PicoQuant).
Результаты и обсуждение
Спектральная характеристика электрического разряда и искры лежит в коротковолновом диапазоне видимой области спектра и ультрафиолетовой области в пределах от 250 до 450 нм. На рисунке 1 представлен спектр излучения электрического разряда и искры. Во вставке рисунка 1 представлены спектральные линии излучения разряда между контактами Fe, Al, Cu.
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
га
(Л
с ш
Fe
А1
а
200 250 300 350 400 450 500 550 600 Wavelength, nm
200
300 400 500
Мгув^^И (nm)
600
700
Рис. 1. Спектральная характеристика электрического разряда и искры в воздухе Вставка: спектральные линии электрического разряда между металлами Л1,
В качестве спектрального преобразователя для оптических датчиков искры в работе были исследованы натрий-алюмосиликатное стекло на основе системы Na2O-ZnO-AhO3-SЮ2-F, активированное оксидом сурьмы (0,002 мол.%) Sb2Oз с ионообменным слоем серебра (5% AgNOз / 95% NaNOз). Возбуждение кластеров серебра происходит во всем диапазоне длин волн излучения искры. Это позволяет максимально эффективно преобразовывать излучение от искры. Использование излучения кластеров серебра дает спектральные посолы люминесценции с пиками на 620-650 нм, которые попадают на максимумы чувствительности многих кремниевых фотоприемников и находятся в рабочих диапазонах оптических волокон POF по параметру затухания. Оптические волокна и кремнёвые фотоприемники используются в позиционно-чувствительном датчике искры в качестве передачи и приема преобразованного оптического излучения. Сурьма является восстановителем ионов серебра и необходима для образования нейтральных молекулярных кластеров серебра.
После внедрения ионов Ag+ методом НИО в силикатное стекло, обладающим высоким пропусканием в широком диапазоне, растет пик в крае ультрафиолетового (УФ) поглощения на длине волны 225 нм (рисунок 2) [8-11]. Термическая обработка приводит к уменьшению концентрации ионов серебра после окислительно-восстановительных реакций с ионами трехвалентной сурьмы, приводящих к росту молекулярных кластеров серебра. Второй причиной уменьшения концентрации ионов серебра является частичная диффузия ионов серебра на поверхность стекла, вследствие которой формируется серебряная наноостровковую пленку с
ПРИМЕНЕНИЕ НАТРИЕВО-АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, ЛЕГИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ КЛАСТЕРАМИ СЕРЕБРА В ИОНООБМЕННОМ СЛОЕ В КАЧЕСТВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ИСКРЫ
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
наночастицами серебра [12]. Такая пленка образуется при термообработке от 25 мин при температуре 450 °С (рисунок 3). Так как наночастицы серебра приводят к тушению люминесценции вследствие высокого поглощения, связанного с поверхностным плазмонным резонансом, наноостровковая пленка удалялась механическим способом с помощью шлифовально-полировального станка. Похожая картина наблюдалась и для стекол GIE180 и GIE540. При этом концентрация ионов серебра до ТО в ионообменных стеклах GIE180 и GIE540 выше относительно стекла С1Е30. так как проводился более длительный НИО.
Т-1-1-'-1-1-1-'-1
300 400 500 600 700 800
Wavelength (nm)
Рис. 2. Спектры поглощения для стекла вГБЗО исходного, после НИО (на рисунке обозначена 1Е) и ТО (НТ) 24 ч 450 °С
й с
Щ
О
"га
о
о.
О
0.0-1-1-1-1-1-1-,-1-1-1-,-1
300 400 500 600 700 800
Wavelength (nm)
Рис. 3. Спектр поглощения натриево-алюмосиликатного стекла без европия после НИО и ТО 450° C 25 мин с наноостровковой пленкой серебра
$
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
В спектрах поглощения термообработанных образцов кроме сдвига края УФ, добавляется дополнительные полосы поглощения в синей и УФ области спектра. Максимум поглощения наблюдается на 350-400 нм и изменяется в зависимости от концентрации оставшихся ионов серебра после ТО (рисунок 4а). При этом концентрация оставшихся ионов серебра после ТО в ионообменных стеклах GIE180 и GIE540 выше относительно стекла GIE30, что и привело к сдвигу края полосы поглощения ионов серебра. Концентрация кластеров серебра также увеличивалась при проведении более длительного НИО.
Wavelength (nm)
Рис. 4. Спектры поглощения(а) и люминесценции с длиной волной возбуждения 400 нм (б) после ИО и ТО натриево-алюмосиликатного стекла
На рисунке 4б представлены спектры люминесценции с длиной волны возбуждения 400 нм. При увеличении длительности НИО выявлено уменьшение интенсивности люминесценции вследствие ограничения количества электронов у доноров [13]. После термообработки наблюдается люминесценция кластеров серебра в видимом диапазоне, состоящая из двух процессов в зависимости от времени жизни: флуоресценция (до т=40 мкс) и фосфоресценция (до т=1 мс) [4,15-19]. Также видно длинноволновый сдвиг полосы фосфоресценции при более длительном НИО вследствие смещения полосы поглощения до 500 нм. В таблице 1 представлены значения квантового выхода при длине волне возбуждения 365 нм. Максимальный квантовый выход наблюдался в стекле GIE30 и составил 53%.
Таблица 1
Результаты измерений квантового выхода люминесценции натриево-алюмоси-ликатного стекла легированного молеку лярными кластерами серебра
Название образца
GIE30
GIE180
GIE540
Квантовый выход (%)
53.1
31.5
19.80
ПРИМЕНЕНИЕ НАТРИЕВО-АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, ЛЕГИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ КЛАСТЕРАМИ СЕРЕБРА В ИОНООБМЕННОМ СЛОЕ В КАЧЕСТВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ИСКРЫ
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
ИГ
Рис. 5. Кинетика затухания флуоресценции при длине волны возбуждения 400
нм в максимуме
С1Е30
С1Е180
в1Е540
--
1500 "Пте (цэ)
Рис. 6. Кинетика затухания фосфоресценции при длине волны возбуждения 400
нм в максимуме
Среднее время жизни флуоресценции для всех образцов были рассчитаны с использованием следующего уравнения [20-22]:
^ауд
а1Т'2 + «2т2 ал Хл + а2т
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
где ш представляет собой амплитуду компонента ^ а Т представляет время жизни компонента г
Таблица 2
Результаты расчета среднего времени жизни флуоресценции и измерения времени жизни фосфоресценции молекулярных кластеров серебра
Название образца
GIE30
GIE180
GIE540
Среднее время жизни флуоресценции (нс)
7.981
6.91
6.407
Время жизни фосфоресценции (мкс)_
194
207
258
На рисунках 5 и 6 представлены кинетики затухания флуоресценции и фосфоресценции молекулярных кластеров серебра. Кинетика затухания флуоресценции демонстрирует биэкспоненциальное затухание, что наблюдалось ранее другими авторами [23,24]. При этом время жизни флуоресценции с увеличением длительности НИО уменьшается, в то же время для фосфоресценции - увеличивается. Причиной такого поведения молекулярных кластеров серебра может являться изменение их люминесцентных свойств вследствие роста более крупных кластеров серебра и нехватки электронов для восстановления серебра до атомарного состояния. Полученные характеристики времени жизни фосфоресценции является приемлемыми для использования таких преобразователей излучения в позиционно-чувствительных волоконно-оптических датчиках искры.
Выводы
В работе рассмотрены спектрально-люминесцентные свойства натриево-алюмосиликатного стекла с молекулярными кластерами серебра. В зависимости от длительности ионного обмена образцы получают различное положение полос фосфоресценции кластеров серебра. Показано, что люминесцентные натрий-алюмосиликатного стекла на основе системы Na2O-ZnO-AhO3-SЮ2-F, активированное оксидом сурьмы (0,002 мол.%) Sb2O3 с ионообменным слоем серебра ( 5% AgNO3 / 95% NaNO3), может использоваться для регистрации излучения электрического искрового или коронного разряда, а также для регистрации и дозиметрии УФ-излучения. Более подходящем для преобразования излучения является образец GIE30 за счет более высокого квантового выхода, интенсивности люминесценции, поглощения в УФ диапазоне и длительно живущей фосфоресценции. Данные стекла являются перспективными для применения их в качестве преобразователя УФ излучения. Датчики на основе описанных стекол могут быть использованы в промышленности, экологической сфере, транспорте и других областях.
Библиографические ссылки
1. Иванов В.Э. Лабораторная установка для формирования искровых разрядов с заданными параметрами // Вестник ТОГУ. Хабаровск, 2022. № 4. С. 27-36.
2. Сидоров А.И., Плешанов И.М. Патент № 2715477 С1 Российская Федерация, МПК в02В 6/32, Н02Н 7/26. датчик искрения : № 2019113675 : заявл. 30.04.2019 : опубл. 28.02.2020 / заявитель Национальный исслед. ун-т ИТМО (Ун-т ИТМО).
3. Позиционно-чувствительный датчик искры со спектральным преобразова-
ПРИМЕНЕНИЕ НАТРИЕВО-АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, ЛЕГИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ КЛАСТЕРАМИ СЕРЕБРА В ИОНООБМЕННОМ СЛОЕ В КАЧЕСТВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ИСКРЫ
нием излучения / Сидоров А.И., Лисенкова А.Е., Цепич В.П., Горяинов В.С. // Оптический журнал. 2020. Т. 87, № 9. С. 82-87. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-09-82-87.
4. Luminescence and energy transfer mechanisms in photo-thermo-refractive glasses co-doped with silver molecular clusters and Eu3+- / Marasanov D.V., Mironov L.Yu., Sgibnev Y.M., Nikonorov N.V. // Physical Chemistry Chemical Physics 2020. Vol. 22, № 40. P. 23342-23350. https://doi.org/10.1039/D0CP02786C.
5. Preparation of ultra-small molecule-like Ag nano-clusters in silicate glass based on ion-exchange process: energy transfer investigation from molecule-like Ag nano-clusters to Eu3+ ions. / Zhao J., Yang Z., Yu C., Qiu J., Song Z. // Chemical Engineering Journal. 2018. Vol. 341. P. 175-186. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.02.028.
6. Influence of the Eu2+ on the Silver Aggregates Formation in Ag+-Na+ Ion-Exchanged Eu3+-Doped Sodium-Aluminosilicate Glasses / Li L., Yang Y., Zhou D., et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2014. Vol. 97. P. 1110-1114. https://doi.org/10.1111/jace.12745.
7. Investigation of the role of silver species on spectroscopic features of Sm3+-activated sodium-aluminosilicate glasses via Ag+-Na+ ion exchange / Li L., Yang Y., Zhou D., et al. // J. Appl. Phys. 2013. Vol. 113. P. 1-5. https://doi.org/10.1063/L4807313.
8. Effects of silver ion exchange and subsequent treatments on the UV - VIS spectra of silicate glasses. I. Undoped, CeO2-doped, and (CeO2+Sb2O3)-codoped photo-thermo-refractive matrix glasses / Sgibnev E.M., Ignatiev A.I., Nikonorov N. V, et al. // Journal of Non-Crystalline Solids. 2013. Vol. 378. P. 213-226. https://doi.org/10.1016/jjnon-crysol.2013.07.010.
9. Interior Modification of Nano-Porous Fillers to Fabricate High-Performance Mixed Matrix Membranes / Sanaeepur H., Amooghin A. E., Kargari A., et al. // Iran. J. Chem. Eng. 2019. Vol. 16, № 2. P. 70-94.
10. A significant enhancement emission of Sm3+ - Ag+ codoped silicate glasses under UV excitation / Zhang L., Xia Y., Shen X., Wei W. // Journal of Materials Research. 2018. Vol. 33, № 16. P. 2434-2439. https://doi.org/10.1557/jmr.2018.228.
11. Nano-sized Ag rather than single-atom Ag determines CO oxidation activity and stability / Wang F., Li Z., Wang H., et al. // Nano Research. 2021. Vol. 15, № 1. P. 452-456. https://doi.org/10.1007/s12274-021-3501-1.
12. Self-assembled silver nanoislands formed on glass surface via outdiffusion for multiple usages in SERS applications / Zhurikhina V. V., Brunkov P.N., Melehin V.G., et al. // Nanoscale Res. Lett. 2012. Vol. 7. P. 676. https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-676.
13. Tunable photoluminescence of silver molecular clusters formed in Na+-Ag+ ion-exchanged antimony-doped photo-thermo-refractive glass matrix / Sgibnev Y., Asamoah B., Nikonorov N., Honkanen S. // Journal of Luminescence. 2020. Vol. 226. P. 117411. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117411.
14. Tunable white light emission in zinc phosphate glasses activated with Agmn+ clusters and Sm3+- / Soriano-Romero O., Flores-Cruz R.L., Lozada-Morales R., et al. // Journal of Luminescence. 2020. Vol. 222. P. 117104. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117104.
15. Enhanced and tunable white light emission from Ag nanoclusters and Eu3+-co-doped CaBAl glasses / Sandrini M., Muniz R.F., Zanuto V.S., et al. // RSC advances. 2018. Vol. 8, № 61. P. 35263-35270. https://doi.org/10.1039/C8RA07114D.
16. Effective formation of Ag nanoclusters and efficient energy transfer to Yb3+ ions in borosilicate glasses for photovoltaic application / Liao H., Ye S., Shen R., et al. // Materials Research Bulletin. 2019. Vol. 111. P. 113-117. https://doi.org/10.1016/j.materres-bull.2018.10.042.
17. Theory of the kinetics of luminescence and its temperature dependence for Ag nanoclusters dispersed in a glass host / Shestakov M.V., Chibotaru L.F., Tikhomirov V.K.,
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 2 (69)
et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. Vol. 15. P. 15949-15953. https://doi.org/10.1039/C3CP52681J
18. Karthikeyan B. Fluorescent glass embedded silver nanoclusters: An optical study. // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 103, № 11. P. 114313. https://doi.org/10.1063/L2936879.
19. A complementary palette of fluorescent silver nanoclusters / Sharma J., Yeh H.C., Yoo H., et al. // Chemical Communications. 2010. Vol. 46, № 19. P. 3280-3282. https://doi.org/10.1039/b927268b.
20. One-Pot Synthesis of Near-Infrared Fluorescent Gold Clusters for Cellular Fluorescence Lifetime Imaging / Shang L., Azadfar N., Stockmar F., et al. // Small. 2011. Vol. 7, № 18. P. 2614-2620. https://doi.org/10.1002/smll.201100746.
21. Continuous microflow synthesis of fluorescent phosphorus and nitrogen co-doped carbon quantum dots / Lin L., Yin Y., Li Z., et al. // Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 178. P. 395-404. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.12.037.
22. Research of Fluorescent Properties of a New Type of Phosphor with Mn2+-Doped Ca2SiO4 / Fan X., Zhang W., Lü F., et al. // Sensors. 2021. Vol. 21, № 8. P. 2788. https://doi.org/10.3390/s21082788.
23. Broadband emission and energy transfer process between silver species in photoluminescent borophosphate glasses / Seshadri M., Radha M., Mendes G. A., et al. // Journal of Luminescence. 2019. Vol. 210. P. 444-451. https://doi.org/10.1016/jjlumin.2019.02.057.
24. Energy level diagram and kinetics of luminescence of Ag nanoclusters dispersed in a glass host / Velazquez J.J., Tikhomirov V.K., Chibotaru L.F., et al. // Optics Express. 2012. Vol. 20, № 12. P. 13582. https://doi.org/10.1364/oe.20.01358.
Title: Application of Sodium-Aluminosilicate Glass Doped with Silver Molecular Clusters in Ion-Exchange Layers as Radiation Converter for Optical Spark Sensors
Authors' affiliation:
Pleshanov I. M. - ITMO University, Saint Petersburg, Russian Federation Marasanov D. V. - ITMO University, Saint Petersburg, Russian Federation Sgibnev Ye. M. - ITMO University, Saint Petersburg, Russian Federation Gets D.S. - ITMO University, Saint Petersburg, Russian Federation Nikonorov N.V. - ITMO University, Saint Petersburg, Russian Federation
Abstract: The emission spectra of the spark and electric discharge are analyzed. The possibility of converting ultraviolet radiation into the visible region of the spectrum due to luminescence is considered. Glasses doped with silver molecular clusters as a radiation converter for optical sensors are considered and investigated. Their luminescence spectra, optical density, and quantum yield are considered at different excitation wavelengths. The kinetics of fluorescence and phosphorescence of silver clusters is shown, and the average lifetime for the samples is calculated. The investigated sodium-aluminosilicate glasses doped with silver molecular clusters in the ion-exchange layer are suitable for use as a radiation converter in spark sensors.
Keywords: silver molecular clusters, fluorescence, phosphorescence, sodium-aluminosilicate glass, ion exchange, luminescence, foreign optical sensors, spark, scattering converter
njiemaHOB H. M., MapacaHOB fl. B., BECIHHKTOry. 2023№ 2 (69) CrHÖHeB E. IM., fei, fl. C., HrncoHopoB H. IB.
