Procesy przekazywania energii wzbudzenia w szkłach ołowiowo-boranowych podwójnie domieszkowanych jonami lantanowców

Spośród wielu szkieł tlenkowych i tlenkowo-fluorkowych, szkła ołowiowo-boranowe są szczególnie atrakcyjne do zastosowań optycznych. Należą one do unikalnych materiałów amorficznych, które są stabilne termicznie i tworzą obszary szkłotwórcze w szerokim zakresie stężenia PbO. Szeroki zakres szkłotwórczy jest dużą zaletą tych układów, dla których budowa i właściwości optyczne silnie zależą od stosunku B₂O₃/PbO. Z drugiej strony wprowadzenie składnika metalu ciężkiego do szkła boranowego wpływa znacząco na parametry radiacyjne i właściwości luminescencyjne jonów lantanowców. Właściwości emisyjne szkieł ołowiowo-boranowych pojedynczo domieszkowanych jonami lantanowców są bardzo dobrze poznane i opisane w literaturze, w przeciwieństwie do tej samej matrycy szklistej domieszkowanej podwójnie jonami lantanowców. Celem pracy doktorskiej było zbadanie procesów przekazywania energii wzbudzenia między jonami lantanowców w szkłach ołowiowo-boranowych. Analiza procesów transferu energii dotyczyła następujących układów: Yb³⁺/Tm³⁺, Dy³⁺/Tb³⁺ oraz Tb³⁺/Ln³⁺ (gdzie Ln = Eu, Sm). Zakres pracy obejmował między innymi zbadanie właściwości optycznych oraz procesów transferu energii wzbudzenia między jonami lantanowców, poznanie mechanizmu procesu przeniesienia energii w funkcji stężenia jonów donora i akceptora oraz określenie wydajności transferu energii między jonami lantanowców w szkłach ołowiowo-boranowych. Analiza widm luminescencji i kinetyki ich zaniku potwierdziła obecność procesu przekazywania energii wzbudzenia między jonami lantanowców w szkłach ołowiowo-boranowych. Szczegółowa analiza wyników badań pozwoliła na sformułowanie poniższych wniosków: 1. Zaobserwowano transfer energii od Yb³⁺ do Tm³⁺ w szkłach ołowiowo-boranowych. Ze względu na silne drgania między atomami boru i tlenu w matrycy szkła ołowiowo-boranowego nie obserwuje się emisji w zakresie bliskiej podczerwieni i konwersji promieniowania podczerwonego na światło niebieskie mimo bardzo wydajnego procesu przekazywania energii wzbudzenia od jonów Yb³⁺ do jonów Tm³⁺. 2. Zaobserwowano transfer energii od Dy³⁺ do Tb³⁺ w szkłach ołowiowo-boranowych. Mechanizm transferu energii na drodze oddziaływań dipol-dipol obowiązuje jedynie dla małych stężeń aktywatora (do 3% Tb³⁺). Powyżej tego stężenia obserwuje się zjawisko stężeniowego wygaszania luminescencji. Dalsze zwiększenie stężenia akceptora (powyżej 5% Tb³⁺) prowadzi do częściowej krystalizacji szkła ołowiowo-boranowego. Rentgenowska analiza fazowa wykazała obecność fazy krystalicznej TbBO₃. 3. Zaobserwowano transfer energii od Tb³⁺ do Ln³⁺ (gdzie Ln = Eu, Sm) w szkłach ołowiowo-boranowych. Określono wzajemne relacje intensywności głównych pasm emisyjnych jonów lantanowców w funkcji stężenia donora (Tb³⁺) i akceptora (Eu³⁺), które jednoznacznie świadczą o kierunku procesu transferu energii Tb³⁺ → Eu³⁺. Transfer energii wzbudzenia od jonów Tb³⁺ do jonów Sm³⁺ jest ograniczony występowaniem procesów relaksacji krzyżowej w szkłach ołowiowo-boranowych zawierających wyższe stężenia akceptora (jonów Sm³⁺).