4.2 Спектры поглощения Eu- и Ce-Eu-содержащих кварцевых гель-стекол

На рис. 4.1 изображены спектры поглощения неактивированного, Eu и Ce-Eu-содержащих кварцевых гель-стекол в видимой и ультрафиолетовой областях. Видно, что в спектре одноактивированного стекла с С(EuCl3)=3 масс % наблюдаются слабые узкие полосы при 395 (переход 7F0®5L6 ионов Eu3+), 460 (переход 7F0®5D2 ионов Eu3+) и 530 нм (переход 7F0®5D1 ионов Eu3+) и широкая интенсивная полоса при 230 нм (кривая 1). Термообработка этого стекла в водороде ведет к заметному ослаблению широкой полосы и появлению “плеча” при 300 нм, длинноволновое “крыло” которого тянется до 450 нм (кривая 2). Спектр соактивированного стекла с 2С(СеCl3)=С(EuCl3)=1 масс % отличается от спектра одноактивированного снижением относительной интенсивности полосы при 395 нм и появлением дополнительной интенсивной широкой полосы при 250 нм (кривая 3). В результате термообработки данного стекла в водороде эта полоса трансформируется в относительно слабоинтенсивную полосу при 320 нм и становится заметной более коротковолновая полоса, присущая одноактивированному стеклу (кривая 4).

Узкополосные спектры поглощения исследованных стекол являются типичными для Eu-содержащих материалов и обусловлены f-f-переходами данного активатора. При этом монотонное увеличение k с уменьшением l на кривой 1 связано со светорассеянием из-за микронеоднородности стекла, вызванной несовместимостью высококоординированных европий-кислородных полиэдров со структурным каркасом SiO2, а интенсивная широкая полоса в области 230 нм вероятнее всего обусловлена поглощением в полосе переноса заряда (ПЗ) с лигандов на ионы Eu3+. Уменьшение интенсивности этой полосы с одновременным уширением и появлением “плеча” при 300 нм в результате отжига Eu-содержащего стекла в водороде (кривая 2) можно связать с образованием в стекле стабильных ионов Eu2+. Как известно [124], спектры поглощения последних характеризуются наличием двух широких полос при 250 и 300 нм, из которых коротковолновая полоса в 2-3 раза интенсивнее длинноволновой. Появление интенсивной полосы при 250 нм в спектре соактивированного стекла (кривая 3) обусловлено переносом заряда с лигандов на ионы Се4+ [38]. Трансформация этой полосы для отожженного в водороде одноименного стекла в слабоинтенсивную полосу при 320 нм (кривая 5) связано с уменьшением концентрации четырехзарядного церия в результате его восстановления до трехзарядного, поглощающего в отмеченной области [38].

4.3 Спектры люминесценции Еu-содержащих стекол

На рис. 4.2 изображены спектры люминесценции и ее возбуждения Eu-содержащих ксерогеля и кварцевого гель-стекла с C(EuCl3)=3 масс %. Видно, что при возбуждении с lвозб=395 нм, соответствующей переходу 7F0®5L7 ионов Eu3+, люминесценция ксерогеля представлена рядом слаборазрешенных узких полос, наиболее интенсивная из которых соответствует переходу 5D0®7F2 (l~615 нм), и едва заметной широкой полосой при 450 нм (кривая 1). При lвозб=320 нм узкополосный спектр ксерогеля изменяется незначительно (по этой причине на рис. не показан), однако появляется слаборазрешенная интенсивная и широкая полоса при 380 нм (кривая 2). Спектр возбуждения люминесценции ксерогеля при lрег=615 нм представлен узкими полосами, соответствующими f-f-переходам ионов Eu3+, и широкой полосой при 270 нм (кривая 3). В спектре люминесценции стекла при lвозб=395 нм (кривая 4) наблюдается ослабление относительной интенсивности полосы 5D0®7F4 (l~700 нм) и небольшое усиление расщепления полос 5D0®7F1 (l~590 нм) и 5D0®7F2 (l~615 нм). Заметим, что с повышением Т до 298К относительная интенсивность узких люминесцентных полос практически не изменяется. Смещение lвозб в коротковолновую сторону слабо отражается на узкополосном спектре и сопровождается появлением гораздо менее интенсивной, по сравнению с ксерогелем, ультрафиолетовой люминесценции. Спектр возбуждения люминесценции стекла при lрег=615 нм отличается от одноименного спектра ксерогеля значительно большей относительной интенсивностью полосы при 270 нм, а также приблизительно одинаковой интенсивностью полос 7F0®5L6 и 7F0®5D2 (кривая 5). Сканирование lрег по полосам 5D0®7Fj ведет к небольшому перераспределению интенсивности в этом спектре. При уменьшении С(EuCl3) до 0,3 масс % принципиальных изменений рассмотренных спектров не происходит.

Используя [41] и приведенные на рис. 4.2 узкополосные спектры люминесценции одноактивированного ксерогеля, несложно определить, что оптические центры трехзарядного европия характеризуются гексагональной структурой, симметрия которой вероятнее всего C3h либо D3h. Трансформация этого спектра в кривую 4 при превращении ксерогеля в стекло свидетельствует о появлении заметного ромбического (C2v) искажения. Судя по слабой зависимости спектров люминесценции и ее возбуждения от leозб и lрег, доля других типов центров невелика. Интенсивную широкую полосу люминесценции активированного ксерогеля при 380 нм (кривая 2), основываясь на результатах работы [125], можно приписать комплексу ПЗ между лигандами (атомами кислорода и ионами гидроксила) и активатором. Сильное ослабление этой полосы при переходе к стеклу и многократное усиление полосы при 260 нм в спектре возбуждения его узкополосной люминесценции (ср. кривые 5 и 3) свидетельствует об увеличении эффективности передачи энергии из возбужденного состояния ПЗ на ионы Eu3+. При этом более коротковолновое (примерно на 1500 см-1) положение барицентра полосы ПЗ в стекле указывает на уменьшение поляризации кислорода европием [41]. Очевидно, в таком случае скорость излучения из возбужденного состояния ПЗ начинает уступать скорости возврата электрона на лиганд из основного состояния редкоземельного иона, что и обуславливает эффективное возбуждение последнего. Квантовый выход такой внутрицентровой сенсибилизации люминесценции можно определить путем сравнения интенсивностей полос в спектрах поглощения и возбуждения узкополосной люминесценции по формуле

h = (kff dnct /dl) / (kct dnff /dl), (4.1)

где индексы “ff” и “ct”указывают, что значения определяемых параметров берутся на длинах волн, соответствующих f-f-переходам ионов Eu3+ и полосе ПЗ соответственно. Используя кривую 5 и кривую 1 на рис. 1 (за вычитанием из нее экстраполированного спектра светорассеяния), находим, что значение искомого параметра находится в пределах (4-8) %.

4.4 Спектры люминесценции и ее возбуждения Се-Еu-содержащих стекол

На рис. 4.3 изображены спектры люминесценции и ее возбуждения Ce-Eu-содержащих кварцевого гель-стекла и ксерогеля с 2С(СеCl3)=С(EuCl3)=1 масс %. Видно, что при lвозб=395 нм узкополосный спектр люминесценции соактивированного стекла (кривая 1) отличается от соответствующего спектра рассмотренного выше одноактивированного стекла существенным ослаблением полос 5D0®7F1 и 5D0®7F4 и усилением расщепления полосы 5D0®7F2. Cмещении lвозб в коротковолновую сторону ведет к радикальному изменению этого спектра . В частности, при lвозб=320 нм (кривая 2) происходит многократное усиление полосы 5D0®7F1, сильное расщепление полосы 5D0®7F2 на две компоненты приблизительно одинаковой интегральной интенсивности,причем полоса 5D0®7F0 (l~580 нм) почти полностью отсутствует. Примечательно, что при Т=298 К относительная интенсивность полосы 5D0®7F1 уменьшается почти в два раза. При сканировании lвозб в области 300-380 нм общий вид узкополосного спектра сохраняется, но соотношение относительных интенсивностей переходов в 7Fj-cостояния и количество компонент расщепления полосы 5D0®7F2 изменяются. Заметим однако, что появляющиеся при изменении lвозб дополнительные компоненты имеют существенно меньшую интенсивность, чем основные. При lвозб<280 нм узкополосный спектр люминесценции уподобляется полученному при lвозб=395 нм. Спектр возбуждения люминесценции стекла при lрег=615 нм (кривая 3) в общих чертах повторяет спектр, изображенный на рис. 2 кривой 5, а при lрег=591 нм появляется интенсивная широкая полоса с максимумом при 320 нм (кривая 4). Узкополосный спектр люминесценции соактивированного ксерогеля при lвозб=320 нм и Т=298К слабо отличается от спектра люминесценции Eu-содержащего ксерогеля, однако при Т=77К (кривая 5) он начинает уподобляться кривой 2.