Glass temperature history

Crystallization and nucleation

Nucleation on temperature

Crystallization on temperature

New Applications of Glass

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

Listry vrstvy s kovy Pohárky Egypt 900 př. Kr.

Rubínové sklo Au0

Listry - secese

Secese

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

Sklo v laboratoři

Termodynamický pohled H U PV

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

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

Nanoklastry - krystality

Krystalitová teorie Lebeděv a Poraj-Košic

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

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

Skelná síť

Roztržení sítě - Na 2 O Na + - - Na +

Roztržení sítě - K 2 O K + - - K +

Roztržení sítě - CaO Ca 2+ - -

Oxid boritý - B 2 O 3 B BO 3/2

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

Sklo - stabilní Ti Zn 4 hmot.% 6 Al K Na B 4 7 6 8 64 hmot.%

Viskozita sklotvorné taveniny 13-14,5 4-8 2 Vysoká viskozita brání krystalizaci a umožňuje vznik skla

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

Příprava skel PtRh kelímek, 1450-1550 C, 4 hodiny, míchání míchadlem

Homogenita skel SE n ~ 10-5

Iontová výměna Ag + Na + Ag + Na + Eutektické složení taveniny NaNO 3 + KNO 3 1-14 mol.% AgNO 3 t = 230-280 C t = 4-50 min

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

Ag - vlnovod

index lomu Profil indexu lomu planárního vlnovodu 1,64 1,62 1,60 1,58 1,56 1629Z 1630M 1631C 1632MZ 1633CZ 1634MC 1635MCZ 1636GIL49 1,54 1,52 1,50 1,48 0 2 4 6 8 10 hloubka ( m)

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

Ag nanočástice

Růst Ag nanočástic

Au 0 nanočástice Redukce rtg. zářením

Skla jako luminofory bílých LED světelných zdrojů

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

Modrá LED budící zdroj

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

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

Emise skla s Eu2O3

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

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 530 550 C nanočástice Ag 0

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

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

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

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

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

Emise skleněné čočky

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

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

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

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

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

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

Elektro-optické materiály

Modulátory světla

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

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

Kovová maska Ti kovová maska s kanálky Fotolitografie lift-off

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

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

Měření elektro-optického koeficientu