Анизотропные материалы на основе гомогенных и наноструктурированных стекол

П. Д. САРКИСОВ, В. Н. СИГАЕВ, С. Ю. СТЕФАНОВИЧ1,
Б. И. ЛАЗОРЯК1, В. B. САХАРОВ2, П. Б. БАСКОВ2, Д. А. ЗАХАРКИН2, Ю. Н. ЕРЕМИЧЕВА1, С. В. ЛОТАРЕВ,
Д. И. ШАРИФ, П. ПЕРНИЧЕ3

Российский химико-технологический университет им.

1Московский государственный университет им. ,

2Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии

3 Университет Неаполя им. Федерико II, Италия

АНИЗОТРОПНЫЕ материалы НА ОСНОВЕ ГОМОГЕННЫХ и НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СТЕКОЛ

Результаты исследований стекол в системах с полярными и сегнетоэлектрическими фазами однозначно указывают на возможность получения новых материалов с сегнето-, пьезо-, пироэлектрическими, нелинейно-оптическими и ионно-проводящими свойствами. Анизотропные воздействия (градиент температуры, давление, электрическое поле) способствуют образованию в стекле микро - и наноразмерных анизотропных структур, демонстрирующих высокий электрический или оптический отклик на тепловое или радиационное воздействие. Такие материалы можно успешно использовать в датчиках пожарной безопасности, в системах автоматизации и обработки инфрормации.

1  

В РХТУ, МГУ и ВНИИХТ проводятся целенаправленные исследования условий синтеза, фазообразования и свойств веществ в стеклообразующих системах с сегнето-, пьезо-, пироэлектрическими, нелинейно-оптическими (НЛО) и ионно-проводящими свойствами [1-10]. Нами показано, что термическая обработка стекол в условиях приложенных температурных градиентов, механического или электрического поля вызывает образование в стекле нано - и микроструктур, обнаруживающих высокий электрический или оптический отклик на тепловое или радиационное излучение.

Для определения и уточнения наиболее перспективных стеклообразующих систем нами выполнены исследования строения и свойств кристаллических соединений смешанно-оксидного типа на основе силико - и германо-ниобатов элементов I-III групп, свинца и висмута. Поиск кристаллических соединений, перспективных для создания высокополяризуемых стекол, проведен из числа ранее полученных нами высокоэффективных НЛО оксидов, новых фосфатных (ванадатных) сегнетоэлектриков со структорой витлокита, новых полярных соединений в боратных и галоген-боратных системах.

Методами атомной силовой микроскопии, малоуглового рассеяния нейтронов, и генерации второй гармоники изучена эволюция наноструктуры и НЛО свойств K2O-Nb2O5-SiO2 (KNS) и K2O-TiO2-P2O5 (KTP) стекол c надежной регистрацией неоднородностей размером до 2-3 нм. Подтвержден вывод [2] о возможности возникновения квадратичной нелинейности (КН) в рентгеноаморфных стеклах вследствие пространственного модулирования поляризуемости на наномасштабе.

Впервые обнаружено, что горячая экструзия стекла обусловливает возникновение в нем НЛО свойств. Наряду с КН, в экструдированных стеклах впервые наблюдалась структурная анизотропия методами колебательной спектроскопии, что открывает широкие возможности для моделирования структуры стекла [1,4]. В KNS и KTP стеклах путем их поляризации в поле 2–5 кВ/мм при 200-300оС инициирована заметная КН.

Из полученных результатов следует, что создание нового поколения активных диэлектриков, сочетающих высокий уровень свойств с технологичностью, низкой стоимостью, улучшенной радиационной стойкостью, напрямую зависит от развития наших представлений о строении стекла на масштабе среднего порядка и технологических основ управления наноразмерными фрагментами его структуры, определяющими все основные особенности фазовых превращений в стеклах. Придание стеклу анизотропии на наномасштабе вызывает как появление в нем квадратичной оптической нелинейности, обусловливающей исключительный интерес к стеклам как перспективным НЛО средам, так и усиление тенденций к ориентированному росту кристаллов с приданием материалу свойств активного диэлектрика.

Список литературы

1. , , и др. О полярных фрагментах структуры в стеклах по данным диэлектрической спектроскопии // Физика и химия стекла. 2003, т.29, №5, с. 597-607.

2. V. N.Sigaev, S. Yu. Stefanovich, B. Champagnon et al. Amorphous nanostructuring in potassium niobium silicate glasses by SANS and SHG: A new mechanism for second-order optical non-linearity of glasses. J. Non-Cryst. Solids. 2002, V. 306, #3, P. 238-248.

3. V. N.Sigaev, P. D.Sarkisov, P. Pernice, et al. Surface and bulk stillwellite textures in glasses of the La2O3-B2O3-GeO2 system. J.Europ.Ceram.Soc., 2004, v.24, No.6, P. .

4. V. Califano, B. Champagnon, E. Fanelli, P. Pernice, V. Sigaev, D. Zakharkin, V. Sakharov, P. Baskov. Anisotropy in extruded lanthanum boro-germanate glasses? Structural study by Raman spectroscopy. Philosophical Magazinee, 2004, v.84, p. .

5. , , . Сегнетоэлектрические и нелинейно-оптические свойства ванадатов Ca9-xZnxBi(VO4)7. ЖНХ, 2004, т.49, №2, c.165-173.

6. , , и др. Новые бораты Ln[B6O9(OH)3] (Ln=Sm-Lu): их строение, свойства и структурная связь с катионными проводниками Li-борацитами Li4[B7O12]Cl. Кристаллография 2004, т.49, №4, с.681-691.