×
20.03.2013
216.012.2f90

Результат интеллектуальной деятельности: ЛЕГИРОВАННОЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО С ТЕТРАЭДРИЧЕСКОЙ КООРДИНАЦИЕЙ АТОМОВ ТИТАНА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение касается легированного кварцевого стекла с тетраэдрической координацией атомов титана и может быть использовано при создании оптоэлектронных и светоизлучающих устройств. Легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана представляет собой основу, состоящую из диоксида кремния, с поверхностным слоем, включающим диоксид титана и диоксид кремния. Толщина поверхностного слоя составляет 35-45 нм, поверхностный слой содержит 7-12 мол.% диоксида титана и 93-88 мол.% диоксида кремния, при этом в тетраэдрической координации находится 97÷99% атомов титана. Техническим результатом изобретения является улучшение оптической прозрачности и расширение области использования. 1 табл., 1 ил.
Основные результаты: Легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана, представляющее собой основу, состоящую из диоксида кремния, с поверхностным слоем, включающим диоксид титана и диоксид кремния, отличающееся тем, что толщина поверхностного слоя составляет 35-45 нм, поверхностный слой содержит 7-12 мол.% диоксида титана и 93-88 мол.% диоксида кремния, при этом в тетраэдрической координации находится 97÷99% атомов титана.

Изобретение относится к легированным кварцевым стеклам с тетраэдрической координацией атомов титана и может быть использовано при создании компонентов микро- (нано-) и оптоэлектронных устройств.

Известно [Р.Я.Ходаковская. Химия титансодержащих стекол и ситаллов. Химия, 1978, стр.5], что наличие ионов титана в аморфной структуре кварцевого стекла (SiO2) оказывает значительное влияние на его физические свойства, например модуль упругости, коэффициент теплового расширения, фото- и катодолюминесценция, оптическое поглощение, пропускание и преломление, электросопротивление. Поэтому легированные титаном кварцевые стекла (полученные путем химического синтеза) применяются в оптике, химической отрасли, высокотемпературной технике, радиоэлектронике. В микро- и оптоэлектронике используется кварцевое стекло с предъявлением к нему высоких требований по стабильности характеристик. Известно также [Р.Я.Ходаковская. Химия титансодержащих стекол и ситаллов. стр.14], что в подавляющем большинстве кристаллических кислородных соединений титан имеет октаэдрическую координацию. Тетраэдрическая координация примесных ионов титана Ti4+ обнаружена, например, в кислородном соединении титана с барием Ba2TiO4 [Bland Е. Acta Cristallograph., 1961, v.14, p.875-881].

Известен кремнийсодержащий материал в виде минерала фресноита с тетраэдрической координацией атомов титана [А.М.Coats, N.Hirose, J. Maar, A.R.West. Tetrahedral Ti4+ in the Solid Solution Ba2Ti1+xSi2-xO8 (0≤x≤0.14) J. Solid-State Chem. 126, 105 (1996)], полученный путем механической и термической обработки взятых в стехиометрических количествах предварительно высушенных реактивов BaCO3, TiO2 и SiO2. В полученном материале общей формулы Ba2Ti1+xSi2-xO8 (0≤x≤0.14) с тетраэдрической координацией атомов титана четырехвалентные атомы титана (ионы Ti4+) частично замещают атомы кремния в структуре кристаллов, образуя титанокислородные тетраэдры.

Недостатком материала является усложненный химический состав и низкое процентное содержание примесных атомов титана (ионов Ti4+) с тетраэдрической координацией, что не обеспечивает требуемых свойств при создании на основе этого материала функциональных устройств микроэлектроники, оптоэлектроники, нанофотоники, ограничивается область использования материала.

Наиболее близким к предложенному является легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана, представляющее собой основу, состоящую из диоксида кремния, с поверхностным слоем, включающим диоксид титана и диоксид кремния [V.Belostotsky, Journal of Non-Crystalline Solids Volume 202, Issues 1-2, 1 July 1996, Pages 194-197]. Это стекло получено имплантацией ионов титана Ti+ с энергией 50 кэВ в непрерывном режиме облучения, с дозой облучения 2×1017 см-2, при температуре кварцевого стекла 670 K в процессе имплантации с последующим отжигом при температуре 1070÷1100 K.

Наряду с атомами титана в тетраэдрической координации стекло по прототипу включает ионы титана Ti2+ и Ti3+, не находящиеся в тетраэдрической координации. В этом случае ухудшается оптическая прозрачность (светопропускание) в области видимого спектра и ближнего ультрафиолетового диапазона. Ограничивается область практического использования стекла.

Задачей изобретения является улучшение оптической прозрачности легированного кварцевого стекла с тетраэдрической координацией атомов титана, расширение области его использования. Для решения поставленной задачи предлагается легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана, представляющее собой основу, состоящую из диоксида кремния, с поверхностным слоем, включающим диоксид титана и диоксид кремния, отличающееся тем, что толщина поверхностного слоя составляет 35-45 нм, поверхностный слой содержит 7-12 мол. % диоксида титана и 93-88 мол.% диоксида кремния, при этом в тетраэдрической координации находится 97÷99% атомов титана.

Новым техническим результатом предложенного легированного кварцевого стекла с тетраэдрической координацией атомов титана является улучшение оптической прозрачности и расширение области использования. Результат обеспечивается тем, что толщина поверхностного слоя стекла составляет 35-45 нм, поверхностный слой содержит 7-12 мол. % диоксида титана TiO2 и 93-88 мол.% диоксида кремния SiO2, при этом в тетраэдрической координации находится 97÷99% атомов титана (Ti4+). Предложенному легированному кварцевому стеклу, обладающему существенными преимуществами в сравнении с известными аналогичными материалами, авторами присвоено наименование «Тисил».

На чертеже изображены рентгеновские абсорбционные спектры предложенного легированного кварцевого стекла. По вертикальной оси отложено нормированное поглощение в условных единицах (усл.ед.), по горизонтальной оси - энергия рентгеновских фотонов (эВ). Указанные спектры приведены для двух образцов кварцевого стекла SiO2, имплантированных ионами титана с дозами 5×1016 и 1×1015 см-2. Кроме того, в качестве базы сравнения приведен соответствующий спектр синтетического фресноита Ba2TiSi2O8, содержащего атомы титана с тетраэдрической координацией [T.Höche, H.-I.Kleebe, R.Brydson. Phylosoph. Magazine, A 81, 825 (2001)]. Буквами А, Б, В, Г, Д и вертикальными пунктирными линиями обозначены спектральные полосы, в пределах которых сравнение характера кривых свидетельствует о наличии или отсутствии атомов титана с тетраэдрической координацией в полученных образцах легированного кварцевого стекла. Совпадение во всех указанных полосах форм кривых для фресноита и для образца кварцевого стекла, имплантированного ионами титана с дозой 5×1016 см-2, позволяет сделать вывод о наличии в этом образце атомов титана с тетраэдрической координацией. Несовпадение в полосах Б и Г форм кривых для фресноита и для образца кварцевого стекла, имплантированного ионами титана с дозой 1×1015 см-2, свидетельствует об отсутствии в этом образце атомов титана с тетраэдрической координацией.

В таблице приведены режимы облучения ионами титана и параметры образцов (1, 2, 3) предложенного легированного кварцевого стекла с тетраэдрической координацией атомов титана Ti4+, полученного путем имплантации ионов титана в импульсном режиме.

№ образца Доза облучения и плотность тока (см-2; мА/см2) Энергия ионов титана (кэВ) Толщина слоя (нм) TiO2/SiO2 (мол.%) Ti4+ (%)
1 5×1016; 5 30 39 9/91 98
2 9×1016; 10 35 45 12/88 99
5 1×1016; 0,2 25 35 7/93 97

Имплантация ионов титана Ti+ в кварцевое стекло SiO2 осуществлялась с помощью ионного источника, работающего в импульсном режиме (длительность импульсов 400 мкс, частота повторения 25 Гц), при вышеуказанных значениях дозы облучения, импульсной плотности тока и энергии ионов. Температура кварцевого стекла поддерживалась постоянной в диапазоне 250÷300°C.

Полученные образцы легированного кварцевого стекла представляют собой плоскопараллельные пластины площадью 1 см2, толщиной 3 мм с поверхностью оптического качества. Поверхностный слой каждого образца указанной в таблице толщины содержит диоксид титана и диоксид кремния, нижележащая основа образца состоит из диоксида кремния. Характеристический размер структурной единицы импульсно-имплантированного ионами титана кварцевого стекла, а именно титанокислородного тетраэдра, составляет 10÷12 Å (примерно 1 нм). Рентгеновский абсорбционный спектр предложенного кварцевого стекла, приведенный на чертеже (доза облучения 5×1016 см-2), полностью соответствует приведенному на этом же чертеже абсорбционному спектру фресноита, также включающего атомы титана с тетраэдрической координацией.

Легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана по прототипу [V.Belostotsky, Journal of Non-Crystalline Solids Volume 202, Issues 1-2, 1 July 1996, Pages 194-197] содержит оптические полосы поглощения 1,77 эВ, 2,8 эВ и 3,95 эВ, обусловленные наличием в этом стекле ионов титана Ti2+ и Ti3+, находящихся не в тетраэдрической координации, что ухудшает оптическую прозрачность стекла. Полученные образцы легированного кварцевого стекла с тетраэдрической координацией атомов титана не содержат упомянутых ионов титана, вследствие чего предложенное стекло имеет улучшенную оптическую прозрачность. Это обеспечивает возможность использования предложенного стекла для изготовления планарных волноводов для интервала длин волн 300÷800 нм.

Легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана, представляющее собой основу, состоящую из диоксида кремния, с поверхностным слоем, включающим диоксид титана и диоксид кремния, отличающееся тем, что толщина поверхностного слоя составляет 35-45 нм, поверхностный слой содержит 7-12 мол.% диоксида титана и 93-88 мол.% диоксида кремния, при этом в тетраэдрической координации находится 97÷99% атомов титана.
ЛЕГИРОВАННОЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО С ТЕТРАЭДРИЧЕСКОЙ КООРДИНАЦИЕЙ АТОМОВ ТИТАНА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-16 из 16.
20.05.2016
№216.015.3e9c

Материал для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния sios на кремниевой подложке

Изобретение относится к люминесцентным материалам для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона, предназначенным для создания функциональных элементов фотонных приборов нового поколения, а также для контроля жесткого ультрафиолетового излучения в вакуумных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584205
Дата охранного документа: 20.05.2016
27.05.2016
№216.015.42d0

Имплантированное ионами цинка кварцевое стекло

Изобретение относится к кварцевым стеклам, имплантированным ионами цинка, и может быть использовано при создании компонентов микро-(нано-) и оптоэлектронных устройств, в частности микроминиатюрных источников света для планарных тонкопленочных волноводных систем и оптических интегральных схем....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585009
Дата охранного документа: 27.05.2016
25.08.2017
№217.015.c98a

Способ ионно-лучевой обработки изделий с большой площадью поверхности

Изобретение относится к способам ионно-лучевой обработки изделий с большой площадью поверхности. Обрабатываемые изделия перемещают поперек большой оси пучка, формируемого с помощью ионно-оптической системы, содержащей плазменный и ускоряющий электроды, каждый из которых содержит большое число...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619460
Дата охранного документа: 16.05.2017
25.08.2017
№217.015.c9a3

Способ изготовления самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для систем генерации плазмы

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в газоразрядных устройствах с самонакаливаемым полым катодом. Способ изготовления самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для систем генерации плазмы включает формирование трубчатого изделия из смеси порошков,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619591
Дата охранного документа: 17.05.2017
19.01.2018
№218.016.0d67

Способ генерации плотной объемной импульсной плазмы

Изобретение обеспечивает генерацию плотной объемной импульсной плазмы и может быть использовано для интенсификации процессов взаимодействия частиц в объеме и одновременного ограничения температуры поверхности изделий, нагреваемых ионным потоком из плазмы. Способ генерации плотной объемной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632927
Дата охранного документа: 11.10.2017
17.02.2018
№218.016.2ac8

Способ повышения ресурса самонакаливаемого полого катода в сильноточном разряде в аксиально-симметричном магнитном поле

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - повышение срока службы трубчатого самонакаливаемого полого катода в аксиально-симметричном магнитном поле. Способ повышения ресурса катода основан на изменении условий горения разряда в катодной полости при наложении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642847
Дата охранного документа: 29.01.2018
Показаны записи 41-50 из 157.
20.01.2014
№216.012.98c3

Одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи, а именно к одномодовым двухслойным кристаллическим инфракрасным (ИК) световодам для спектрального диапазона от 2 до 50 мкм. Световод включает сердцевину и оболочку. Сердцевина диаметром 10-250 мкм выполнена из кристаллов на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504806
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.01.2014
№216.012.9b84

Способ получения трифенилена

Изобретение относится к области органического синтеза полиядерных углеводородов. Предлагается способ синтеза трифенилена путем взаимодействия на первой стадии циклогексанона последовательно с NaOH, полифосфосфорной кислотой с получением додекагидротрифенилена, который на второй стадии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505518
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9b86

Солнечная установка для выработки спирта и сопутствующих материалов

Изобретение относится к установке для выработки спирта и сопутствующих материалов, содержащей источник тепловой энергии, подключенный к бродильному чану с подготовленной биомассой, к брагоперегонному агрегату с ректификационной колонной, соединенным циркуляционным насосом. Установка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505520
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9b8c

Способ получения анестезина

Изобретение относится к способу получения этилового эфира n-аминобензойной кислоты (анестезина) формулы который обладает местным анестезирующим действием и является полупродуктом в синтезе новокаина. Способ заключается в восстановлении этилового эфира n-нитробензойной кислоты с последующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505526
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9be4

Способ извлечения благородных металлов из растворов

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к извлечению благородных металлов из растворов. Способ извлечения благородных металлов из растворов включает контактирование раствора с сорбентом, нанесенным на носитель с развитой поверхностью. В качестве сорбента используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505614
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c3e

Термоэнергетическая ветроустановка

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения механической или электрической энергии. Ветроустановка содержит неподвижный несущий корпус, вертикальную ось, соединенную с ротором в верхней части, электрогенератором и побудителем тяги в основании корпуса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505704
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c69

Способ заброски твердого топлива на неподвижную колосниковую решетку для сжигания в плотном слое

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива в плотном слое на неподвижной колосниковой решетке с ручным обслуживанием и может быть использовано в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов. Сущность предлагаемого способа заброски твердого топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505747
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c9b

Способ определения коэффициента трения при пластической деформации

Изобретение относится к области изучения трения при обработке металлов давлением, предпочтительно в технологиях ковки. Сущность: осуществляют изготовление испытуемого образца, фиксацию его начальных геометрических параметров, осадку с уменьшением толщины образца, фиксацию геометрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505797
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9de8

Способ изготовления труб

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении труб из металлических и композиционных материалов. Осуществляют формовку листа пластической деформацией вблизи кромок на оправке с получением загнутых боковых кромок, его обжим в трубу и последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506132
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.02.2014
№216.012.9fcb

Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды

Изобретение относится к инфракрасным световодам с большим диаметром поля моды. Световод включает сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке. Сердцевина диаметром 98-112 мкм выполнена из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506615
Дата охранного документа: 10.02.2014
+ добавить свой РИД