Glass temperature history

Transkript

1 Glass

2 Glass temperature history

3 Crystallization and nucleation

4 Nucleation on temperature

5 Crystallization on temperature

6 New Applications of Glass

7 Anorganické nanomateriály se skelnou matricí Martin Míka Ústav skla a keramiky Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

8 Listry vrstvy s kovy Pohárky Egypt 900 př. Kr.

9 Rubínové sklo Au0

10 Rubínové sklo Au0

11 Listry - secese

12 Listry - secese

13 Secese

14 Modifikace vlastností skel Optické vlastnosti Barva absorpce fotonů - koloidní barviva Elektro-optické vlastnosti -> index lomu n = f(e)

15 Sklo v laboratoři

16 Termodynamický pohled H U PV

17 Vznik skla z taveniny Sklotvorná tavenina sklovina T liq Zabránění krystalizaci Dostatečně rychlé zchlazení Skelná transformace

18 Krystalický křemen a amorfní struktura skla Křemen SiO 2 SiO 2 sklo Na 2 O-SiO 2 sklo

19 Nanoklastry - krystality

20 Krystalitová teorie Lebeděv a Poraj-Košic

21 Skelný stav (charakteristické znaky ) Amorfní struktura neexistence translační souměrnosti na větší vzdálenosti [makroskopická homogenita (pevný roztok)] Transformační interval interval teplot, v němž nastává přechod z metastabilního stavu přechlazené kapaliny do termodynamicky nestabilního skelného stavu

22 Podmínka vzniku skla Především vysoký obsah SiO 2 [ SiO 4/2 ] 2-

23 Skelná síť

24 Roztržení sítě - Na 2 O Na Na +

25 Roztržení sítě - K 2 O K K +

26 Roztržení sítě - CaO Ca

27 Oxid boritý - B 2 O 3 B BO 3/2

28 Oxid boritý a sodný - B 2 O 3 + Na 2 O O - + Na B BO - 4/2

29 Sklo - stabilní Ti Zn 4 hmot.% 6 Al K Na B hmot.%

30 Viskozita sklotvorné taveniny 13-14, Vysoká viskozita brání krystalizaci a umožňuje vznik skla

31 Teplotní závislost viskozity T g Vysoká viskozita brání krystalizaci a umožňuje vznik skla

32 Příprava skel PtRh kelímek, C, 4 hodiny, míchání míchadlem

33 Homogenita skel SE n ~ 10-5

34 Iontová výměna Ag + Na + Ag + Na + Eutektické složení taveniny NaNO 3 + KNO mol.% AgNO 3 t = C t = 4-50 min

35 Iontová výměna Ag + Na + Na + Sklo Ag + Tavenina Na + (s) + Ag + (l) Na + (l) + Ag + (s)

36 Ag - vlnovod

37 index lomu Profil indexu lomu planárního vlnovodu 1,64 1,62 1,60 1,58 1, Z 1630M 1631C 1632MZ 1633CZ 1634MC 1635MCZ 1636GIL49 1,54 1,52 1,50 1, hloubka ( m)

38 Vlnovod ponořený pod povrch skla 35 μm Na 2 O-B 2 O 3 -Al 2 O 3 -TiO 2 -SiO 2 Elektrické pole, NaNO 3 +NaNO 2

39 Ag nanočástice

40 Růst Ag nanočástic

41 Au 0 nanočástice Redukce rtg. zářením

42 Skla jako luminofory bílých LED světelných zdrojů

43 Světelné zdroje LED Vysoce efektivní zdroj světla problém je spektrální složení Pro získání potřebného emisního spektra Spojením několika LED zdrojů Barevné fosfory GaN polovodičový čip budící zdroj

44 Modrá LED budící zdroj

45 Intenzita (a.u.) Emisní spektrum modrá LED Maximum 457 nm Žlutobílá barva Vlnová délka (nm) Vytvořit emisi zelené a červené CIE 1931: x=0,147; y=0,040

46 Příprava skla Na 2 O-ZnO-Al 2 O 3 -SiO 2 + Re 2 O 3 Pr Eu Sm Ho Tavení 25 g skla v PtRh kelímcích Tavicí teplota 1450 C doba 4 h Tavenina odlita do ocelové formy Temperování při 560 C Rozřezání na 1 mm tenké destičky 10 x 10 + x 25 mm

47 Emise skla s Eu2O3

48 Intenzita (a.u.) Emise Maxima 460, 590, 610 nm Eu 2 O 3 (1,0 mol.%) Kolmo na zdroj Vlnová délka (nm) CIE 1931: x=0,503; y=0,282

49 Dopování skel atomy Ag Sklo Z: 1,0 mol.% Eu 2 O 3 0,2 mol.% Ag 2 O 0,1 mol.% Sb 2 O 3 Surovina: AgNO 3 Tavicí teplota 1450 C 1,2 a 0,8 mm tenké destičky Tepelné zpracování C nanočástice Ag 0

50

51 Absorpce tepelně zpracovaných skel t = 550 C Vlnová délka (nm)

52 Intenzita (a.u.) Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 506, 544, 587, 610 and 650 nm Vlnová délka (nm) t = 530 C, t = 15 min d = 1,2 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0,274, y=0,558

53 Intenzita (a.u.) Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 519, 544, 577, 593, 608, and 642 nm Vlnová délka (nm) t = 530 C, t = 30 min d = 1,2 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0.382, y=0.498

54 Intenzita (a.u.) Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 545 and 590 nm Vlnová délka (nm) t = 540 C, t = 30 min d = 1,2 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0.416, y=0.487

55 Intenzita (a.u.) Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 547, 589, and 695 nm Vlnová délka (nm) t = 550 C, t = 30 min d = 0,8 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0,388; y=0,413

56 Emise skleněné čočky

57 Vliv nanočástic Ag 0 Silná absorpce modrého světla Ag 0 Silná emise zeleného světla Ag 0 Přenos energie Ag 0 Eu III Silná červená emise Nastavení barvy emise tepelným zpracováním

58 Intensita (a.u.) Emise Maxima 460, 490, 573, 611 nm Eu 2 O 3 + Dy 2 O 3 (0.06; 0.19 mol.%) Kolmo na zdroj Wavelength (nm) CIE 1931: x=0.354, y=0.315

59 Intenzta (a.u.) Emise Maxima 460, 560, 600, 650 nm Eu 2 O 3 + Sm 2 O 3 (0.01; 0.10 mol.%) Kolmo na zdroj Vlnová délka (nm) CIE 1931: x=0.332, y=0.218

60 Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 403, 459, 544, 611, 649, and 700 nm t = 530 C, t = 30 min d = 0,8 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0.341, y=0.319

61 Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 405, 453, 546, 604, and 648 nm t = 540 C, t = 30 min d = 0,8 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0.365, y=0.381

62 Emise tepelně zpracovaného skla Maxima 545, 591, 611, and 643 nm t = 550 C, t = 30 min d = 1,2 mm Ve směru zdroje CIE 1931: x=0.420, y=0.453

63 Elektro-optické materiály

64 Modulátory světla

65 Modulátory světla

66 Kanálkové vlnovody Sada kanálků Povrch Kanálek Planární vlnovod Kovová maska na povrchu skla SEM mapa Ag +

67 Příprava masky Krok 1 nanesení podkladového rezistu na substrát a jeho vysušení expozice rezistu UV zářením vyvolání exponovaného rezistu maska rezist substrát Krok 2 nanesení fotocitlivého rezistu na substrát a jeho vysušení Krok 3 expozice celého substrátu UV zářením přes matrici pozitivní obraz negativní obraz Krok 4 vyvolání exponovaných rezistů ve vývojce Krok 5 depozice kovové vrstvy masky na celou plochu substrátu Krok 6 provedení procesu lift-off v rozpouštědle rezistu

68 Kovová maska Ti kovová maska s kanálky Fotolitografie lift-off

69 Ponořený kanálkový vlnovod Sklo I1 17 μm Průměr 9 μm Útlum 0,45 db/cm Δn = 0,01 1 vid

70 Sklo PbO-Bi 2 O 3 -Ga 2 O 3 Dopováno Ag + -> Ag 0

71 SEM

72 TEM

73 TEM

74 Měření elektro-optického koeficientu