Получение стеклокерамики на основе Er:YAG и Bi2O3–B2O3–BaO методом селективного лазерного спекания

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Разработан способ получения аморфного ультрадисперсного прекурсора (шихты) с различным соотношением Er:YAG и 20Bi2O3–60B2O3–20BaO. Методом селективного лазерного спекания показана возможность формирования функциональной стеклокерамики с кристаллической фазой, представленной иттрий-эрбий-алюминиевым гранатом и боратом иттрия-эрбия, из синтезированного прекурсора. Методами ДСК и РФА проведен анализ химических и фазовых превращений в процессах термической обработки прекурсора, методом АЭС-ИСП исследовано изменение макросостава стеклокерамики при характерных температурах синтеза. Показано, что используемый ультрадисперсный прекурсор перспективен для получения оптических интегральных схем по технологии селективного лазерного спекания.

Full Text

Введение

Стремление к повышению компактности элементов фотоники (лазеров, оптических усилителей, делителей мощности, межволноводных соединений, фильтров, модуляторов, детекторов) связано с уменьшением рабочих длин волн от ИК к видимому диапазону, что при производстве оптически и механически прочных стеклокристаллических элементов фотоники стимулирует использование лазерного спекания. Исследуемый оптический материал на основе боратного стекла [1] и алюмоиттриевого граната [2–6] перспективен для фотоники широкой областью прозрачности в видимом и ИК-диапазонах (0.34–3.5 мкм), а добавление оксида висмута в эту систему, повышающего значения показателя преломления, расширяет возможности в изготовлении нелинейных оптических элементов [7–11] и материалов для защиты от радиационного излучения [12, 13].

Если учесть, что передача информации на малое расстояние в достаточно коротких оптических системах для уменьшения вклада дробового шума требует увеличения лучевой мощности, то возрастает потребность в стеклокерамических материалах, обладающих термостойкостью и механической прочностью. Исследуемая в работе стеклокерамика благодаря адгезионной прочности может выдерживать большие мощности накачки по сравнению с люминесцентными материалами, синтезированными методами растворной химии. Кроме того, формирование стеклокерамики методом лазерного селективного спекания дешевле методов нанолитографии.

По оценкам, пиковая производительность фотонного компьютера с рабочей длиной волны λ = 1530 нм [14] при равных энергетических затратах может в 103–104 раз превысить показатели современных ЭВМ. При этом три логические функции “И”, “ИЛИ”, “НЕ” [15] могут быть реализованы использованием нелинейных, люминесцентных и других [16–18] функциональных свойств материалов.

Исследование условий формирования и состава стеклокерамики в системе Er:YAG−20Bi2O3–60B2O3–20BaO, с одной стороны, усложняется возможным образованием боратов иттрия и эрбия, а с другой – их появление расширяет функциональные возможности синтезируемой стеклокерамики. Первые спектроскопические исследования поведения Er, которые проводились на монокристаллических образцах алюмоиттриевого бората (YAB) YAl3(BO3)4, были сосредоточены в основном на измерениях и анализе спектров оптического возбуждения и излучения [19–22]. Из результатов перечисленных работ можно выделить обнаруженную для кристаллического YAB, солегированного ионами Er3+ и Yb3+, интенсивную флуоресценцию около 1530 нм, что указало авторам на возможность применения Er3+:Yb3+:YAB в качестве материала для 1.55-мкм лазера. Известно также, что соединения боратов, активированные редкоземельными элементами, являются эффективными преобразователями высокоэнергетического излучения в видимый свет и используются в плазменных дисплеях, люминесцентных лампах и в сцинтилляционных детекторах [23–25].

В представляемой работе реализуется подход, сочетающий:

  • оригинальный способ получения ультрадисперсного прекурсора, в котором кристаллизующаяся его часть окружена стеклофазой;
  • установленные режимы лазерного спекания прекурсора, формирующие многофункциональную и оптически прочную стеклокерамику − актуального материала фотоники.

Цель работы – исследование состава и условий формирования стеклокерамики непосредственно в процессе селективного лазерного спекания разнообразного по вариантам приготовления ультрадисперсного прекурсора Er:YAG−20Bi2O3–60B2O3–20BaO.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез прекурсора стеклокерамики. Синтез прекурсоров кристаллической фазы стеклокерамики состава (Y0.5Er0.5)3Al5O12 проводился смешением в стехиометрическом соотношении индивидуально сформированных гидрозолей Al5(NO3)3(OH)12 и (Er,Y)(OH)2(OOCCH3) [26].

Для получения стекол Bi2O3–B2O3–BaO использовали водные растворы Bi(NO3)3, H3BO3, Ba(NO3)2, приготовленные из прекурсоров квалификации “ос.ч.”.

Полученные растворы смешивали в необходимом для синтеза стеклокерамического материала соотношении.

Синтез ультрадисперсной шихты проводился в специально разработанной лабораторной установке и начинался с ультразвукового распыления смешанного раствора. Термически активируемое превращение аэродисперсии начинается с испарения растворителя, определяется сложной совокупностью совместно протекающих фазовых и химических процессов, заканчивается электростатически компактированным осаждением шихты при температурах 350–400 °С. Таким образом, установка включает в себя:

1) узел подачи дисперсии от ультразвукового диспергатора;.

2) трехзонную программно-управляемую печь с градиентным температурным формированием потоков;

3) температурно-контролируемую зону электростатического (10–15 кВ) осаждения с дополнительным ускорителем потока за счет “ионного ветра”.

На установке синтезирована шихта x(Er0.5Y0.5AG)–(100-x)∙(20Bi2O3–60B2O3–20BaO) в следующих соотношениях кристаллобразующих (x = 54, 19, 15, 10, 5) и стеклообразующих (100-x) мол. %.

Содержание прекурсоров, вводимых в установку в форме раствора, контролировалось по данным термогравиметрического анализа.

Термический анализ. Синтезированная шихта исследована на приборе синхронного термического анализа STA 409 PC Luxx фирмы Netzsch со скоростью нагревания 10 K/мин в потоке аргона 80 мл/мин в платиновых тиглях.

Рентгенофазовый анализ. Рентгенограммы образцов были записаны на дифрактометрах Shimadzu XRD-6000 и Tongda TD-3700 (излучение CuKα, геометрия съемки на отражение, шаг сканирования 0.02° в интервале 2θ 10°–60°.

Сканирующая электронная микроскопия. Электронную микроскопию проводили на сканирующем электронном микроскопе Tescan VEGA II. Микрорельеф рассматривали при увеличениях от 500х до 50.000х.

АЭС-ИСП. Матричные элементы, входящие в систему (Er0.5Y0.5AG)–(20Bi2O3–60B2O3–20BaO), определены по специально разработанной методике. Использовали АЭС-ИСП-спектрометр-полихроматор iCAP 6300 Duo (Thermo Scientific, США), обеспечивающий одновременное измерение интенсивности до 250 спектральных линий с помощью CID-детектора. Для приготовления растворов применяли посуду (виалы, пробирки, колбы) из фторопласта (Savillex, США) и полипропилена (Corning, США). Аликвоты растворов отмеряли пипеточными дозаторами с объемом дозирования от 20 до 1000 мкл (Thermo Scientific, Россия).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 

Выбор составляющих синтезируемой оптической стеклокерамики определялся, прежде всего, близкими значениями плотности и показателя преломления. При этом состав стекла 20Bi2O3–60B2O3–20BaO с показателем преломления 1.8–1.9 [27] и плотностью 4.95 г/см3 [1] по содержанию BaO соответствовал области наилучшей кристаллизационной устойчивости [28].

Оптически прозрачный эрбийзамещенный алюмоиттриевый гранат EryY1-yAG при содержании эрбия y = 0.3–0.5 обладает плотностью соответственно

ρ293 K = 4.9–5.5 г/см3 [29] и имеет показатель преломления в диапазоне 1.8–1.9 [30, 31].

Получение ультрадисперсного прекурсора (Er0.5Y0.5AG)–(20Bi2O3–60B2O3–20BaO). Синтез шихты из смеси гидрозоля и раствора для формирования стекла в оригинальной и принципиально масштабируемой лабораторной установке исключает длительные процедуры сушки и последующего загрязняющего помола, что позволило получить ультрадисперсную шихту. По наличию перехода стеклование–расстекловывание установлено, что из стеклообразующей части компонентов в установке образуются частицы в стеклообразном состоянии.

Как видно из рис. 1, прекурсор (порошок) Er0.5Y0.5AG (рис. 1а) состоит из аморфных частиц шарообразной формы размером ≈ 1 мкм и меньше, в шихте 20Bi2O3–60B2O3–20BaO стеклообразные частицы склонны к слипанию (рис. 1б). В синтезированном стеклокерамическом прекурсоре (рис. 1в) шарообразные кристаллические частицы равномерно покрыты пленкой стекла.

 

Рис. 1. Микрофотографии порошков Er:YAG (а), стекла (б) и стеклокерамики (в) после распыления на разработанной установке и неполированных поверхностей образцов, синтезированных методом СЛС, Er:YAG (г) и стеклокерамики (д).

 

В результате селективного лазерного спекания (СЛС) [32] порошков прекурсоров (рис. 1а и 1в) получены образцы с ровной гладкой поверхностью, без пор и прочих дефектов (рис. 1г, 1д).

На рис. 2 приведены рентгенограммы образцов, спеченных методом СЛС: индивидуального эрбийзамещенного алюмоиттриевого граната (Er0.5Y0.5)AG (он же на рис. 1г) и стеклокерамики состава 10% ErYAG+90% стекла. По данным РФА, образец стеклокерамики содержит бораты Y и Er.

 

Рис. 2. Рентгенограммы образцов, сформированных методом СЛС из 100%-ного граната (1), из ультрадисперсной шихты 10% граната+90% стекла (2); идентифицированные кристаллические фазы: 1 – Y3Al5O12 (PDF 33–0040), 2 – YBO3 (PDF 74–1929) иY3Al5O12 (PDF 33–0040).

 

Стеклофаза в синтезированной методом СЛС стеклокерамике зарегистрирована по наличию перехода от стекла к переохлажденному расплаву с tg = 403 °C (рис. 3). Заметим, что в образце стекла, синтезированного методом СЛС, температура стеклования (tg = 445 °C) меньше, чем у стекла того же состава, полученного тигельной варкой (tg = 468 °C) [1].

 

Рис. 3. Результаты термического анализа образцов стекла 20Bi2O3–60B2O3–20BaO (красная линия) и стеклокерамики 10Er:YAG–90(Bi2O3–B2O3–BaO) (фиолетовая линия), полученных методом СЛС, в сравнении со стеклом, сваренным в платиновом тигле (пунктирная линия).

 

Результаты термического анализа полученной на установке ультрадисперсной стеклокристаллической шихты при различных соотношениях кристаллической и стеклообразующих частей (рис. 4) показывают следующее: 1) убыль массы, составляющую не более 25 % (кривые в верхней части рис.4); 2) наличие характерных участков расстекловывания в интервале температур от 390 до 470 °С; 3) образующаяся в области температур выше 800 °С (бежевый фон на рис. 4) фаза граната дает соответствующие экзотермические пики при содержании кристаллизующейся части x ≥ 10 мол. % в x(Er0.5Y0.5AG)–(100-x)∙(20Bi2O3–60B2O3–20BaO). В образце с x = 10 мол. % после нагревания до температуры 875 °С, кроме YAG, обнаружены фазы боратов: YBO3, Y3BO6 (по результатам РФА).

 

Рис. 4. ДСК-кривые нагревания со скоростью 10 K/мин ультрадисперсной шихты x(Er0.5Y0.5AG)–(100-x)∙(20Bi2O3–60B2O3–20BaO) при x = 5, 10, 15, 19, 54 мол. % (температурный диапазон расстекловывания отмечен светло синим фоном, а кристаллизация выделена бежевым фоном).

 

Термографическое исследование, выявляя температурные интервалы перехода в различные, включая необходимые целевые, состояния, определяет условия и режимы термообработки ультрадисперсной шихты x(Er0.5Y0.5AG)–(100-x)∙(20Bi2O3–60B2O3–20BaO) при получении стеклокерамики.

Нагревание гомогенизированной шихты с 5 и 95 мол. % до 950 °С позволило термически сформировать стеклокерамику (рис. 5а). Для сравнения отметим, что нагревание механической смеси дробленого стекла и предварительно сформированного при температуре 1150 °С дисперсного граната приводит к кристаллизации стекла с образованием Y-замещенного оксида висмута желтого цвета (рис. 5б и 6).

 

Рис. 5. Микрофотографии спеченных при нагревании в печи до 950°С стеклокристалла из ультрадисперсной шихты 5(Er0.5Y0.5AG)–95∙(20Bi2O3–60B2O3–20BaO) (а) и образца из механически измельченной смеси сформированного граната и стекла (15 и 85% мол.) (б)

 

Рис. 6. Рентгенограмма образца, полученного из механически измельченной смеси сформированного граната и стекла 15 Er0.5Y0.5AG−85(20Bi2O3–60B2O3–20BaO); идентифицированные кристаллические фазы: Y3Al5O12 (PDF 33–0040) и Bi1.87Y0.13O12 (PDF 41–0304).

 

На рис. 7 сгруппированы результаты РФА термически сформированных образцов стеклокерамики из ультрадисперсной шихты. Приведены рентгенограммы образцов с различными исходными соотношениями кристалла и стекла после нагревания в печи со скоростью 10 °С/мин до t= 865–875 °С и охлаждения при 20 °С/мин

 

Рис. 7. Рентгенограммы образцов, полученных из спрессованной шихты двух мольных соотношений граната и стекла x(Er0.5Y0.5AG)–(100-x)∙(20Bi2O3–60B2O–20BaO): x = 5 (865 °С) и x = 54 (875 °С); идентифицированные кристаллические фазы: 865 °С – YBO3 (PDF 74–1929), 875 °С – Y3Al5O12 (PDF 33–0040), YBO3 (PDF 74–1929), Y3BO6 (PDF 34–0291).

 

Приборы синхронного термического анализа в качестве экспрессной мини-установки, определяя условия формирования стеклокерамики из ультрадисперсной шихты, в экспериментальном плане моделируют термические условия образования объемных образцов. Однако нагревание такого образца, которое начинается с его поверхности и с конечной скоростью распространяется в центральную часть, даже в случае стеклокерамики “закупоривает” различные заполненные газом поры и другие дефекты.

Послойное лазерное воздействие [33–35], реализующее поверхностно перемещаемые и чередующиеся высокоскоростные акты спекания-сплавления с охлаждением в малых объемах, позволяет селективно формировать оптически прозрачный трек стеклокерамики с эффективным удалением разнообразных дефектов. При использовании лазера проявляется размерный эффект сжатия при быстром термическом нагреве, а процесс “схлопывания” дефектов при охлаждении ускоряют силы поверхностного натяжения.

СЛС синтезированной ультрадисперсной шихты позволило получить сформированный лазерным пучком стеклокерамический трек, ширина которого отмечена на рис. 8 посредством цифровой камеры металлографического микроскопа ММН-2.

 

Рис. 8. Результат СЛС ультрадисперсной шихты состава 10–90 при многократных проходах (а), при разовом проходе – трек (б); вставка отображает ширину отдельного трека, формируемого лазерным пучком.

 

Химико-аналитический контроль проводился с целью определения макросостава полученной шихты (см. табл. 1) после ее термической обработки в электромуфельной печи (±5 °С) при трех температурах: 870, 965 и 1150 °С (выполнено с изотермической выдержкой в 30 мин для выявления убывающих компонентов) со скоростью 10 °С/мин.

 

Таблица 1. Результат определения макросостава стеклокристалла 54Er:YAG–46(20Bi2O3–60B2O3–20BaO) после термической обработки

Термический режим

Состав стекла по результатам АЭС-ИСП

(Y+Er)/Al

(0.6 в (0.5Y0.5Er)3Al5O12)

Нагрев до ~870°С (охлаждение на воздухе)

21.61 Bi2O3–55.44 B2O3–22.95 BaO

0.59

Нагрев до ~965°С (охлаждение на воздухе)

21.24 Bi2O3–55.26 B2O3–23.50 BaO

0.58

Нагрев до ~1150°С (выдержка 30 мин, охлаждение в печи со скоростью 5 К/мин)

9.81 Bi2O3–53.39 B2O3–36.80 BaO

0.65

Примечание. Неопределенность результатов анализа 0.01 (P = 0.95).

 

Как видно, из табл. 1, только при температуре 1150 °С и изотермической выдержке 30 мин наблюдается отклонение от заданного состава стекла: 20Bi2O3–60B2O3–20BaO, предположительно в результате убыли Y-замещенного оксида висмута.

Таким образом, термическая обработка (отжиг) до температуры 1000 °С с малой изотермической выдержкой и последующим охлаждением на воздухе показала минимальное отклонение состава стекла и граната от заданного.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ключевой особенностью развиваемого метода получения стеклокерамики на основе Er:YAG−20Bi2O3–60B2O3–20BaO из ультрадисперсного прекурсора, синтезированного по оригинальной методике, является возможность формировать его частицы с различными по составу ядром и оболочкой. Частицы прекурсора, состоящие из ядра кристаллизующейся аморфной части (Er:YAG) и оболочки в виде распределенной по поверхности ядра стеклообразующей составляющей (20Bi2O3–60B2O3–20BaO), при найденных условиях дают возможность формирования стеклокристалла непосредственно в процессе лазерного спекания. Методами ДСК и РФА контролировались температурные режимы формирования фаз граната и бората иттрия. Химико-аналитический контроль образцов стеклокерамики, полученных лазерным спеканием, проводился методом АЭС-ИСП. Методом сканирующей электронной спектроскопии исследована морфология исходной ультрадисперсной шихты и синтезированной стеклокерамики.

Разработанная методика, включающая вариабельный по составу и морфологии оригинальный синтез ультрадисперсной многокомпонентной шихты и отработанную технологию ее лазерного спекания, перспективна для изготовления микрооптических элементов и планарных устройств фотоники с заданными люминесцентными характеристиками.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 20–73–10110, https://rscf.ru/en/project/20–73–10110/.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

А. Д. Плехович

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

А. М. Кутьин

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

Е. Е. Ростокина

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

М. Е. Комшина

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

К. В. Балуева

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

К. Ф. Шумовская

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

И. И. Евдокимов

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

А. Е. Курганова

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: plekhovich@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75

References

  1. Плехович А.Д., Ростокина Е.Е., Комшина М.Е., Балуева К.В., Игнатова К.Ф., Кутьин А.М. Калорические и волюметрические свойства стеклообразующей системы Bi2O3–B2O3–BaO для оптических применений // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 7. С. 763–770. https://doi.org/10.31857/S0002337X22060094
  2. Chaim R., Kalina M., Shen J.Z. Transparent Yttrium Aluminum Garnet (YAG) Ceramics by Spark Plasma Sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. P. 3331–3337. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.193
  3. Xia Li Fabrication of Transparent Yttrium Aluminum Garnet Ceramic // J. Phys.: Conf. Ser. 2009. V. 152. Р. 012079. https://doi.org/10.1088/1742-6596/152/1/012079
  4. Lin J., Lin P., Ao R., Xing L., Lin T., He P., Li J., Yang W. Microstructure Evolution and Mechanical Properties of YAG/YAG Joint Using Bismuth-Borate Glass // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. P. 2847–2854. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.12.002
  5. Lu B., Gai K., Wang Q., Zhao T. Continuous Yttrium Aluminum Garnet Ceramic Fiber with High Tensile Strength by Melt-Spinning from Polymer Precursor // Ceram. Int. 2023. V. 49. P. 32318–32323. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.07.098
  6. Пайгин В.Д., Степанов С.А., Валиев Д.Т., Двилис Э.С., Хасанов О.Л., Ваганов В.А., Алишин Т.Р., Калашников М.П., Илела А.Э. Люминесцентная керамика на основе иттрий-алюминиевого граната, полученная традиционным спеканием в воздушной атмосфере // Российские нанотехнологии. 2019. Т. 14. № 3–4. С. 26–31. https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-3-4-26-31
  7. Kaminskii A., Becker P., Bohaty L., Ueda Ken-ichi, Takaichi K., Hanuza J., Maczka M., Eichler H., Gad M.A Gad. Monoclinic Bismuth Triborate BiB3O6 – a New Efficient χ(2)+χ(3) – Nonlinear Crystal Multiple Stimulated Raman Scattering and Selfsum – Frequency Lasing Effects // Opt. Commun. 2002. V. 206. P. 179–191. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(02)01386-X
  8. Hellwig H., Liebertz J., Bohaty L. Exceptional Large Nonlinear Optical Coefficients in the Monoclinic Bismuth Borate BiB3O6 (BIBO) // Solid State Commun. 1999. V. 109. P. 249–251. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(98)00538-9
  9. Becker P. Thermal and Optical Properties of Glasses of the System Bi2O3-B2O3 // Cryst. Res. Technol. 2003. V. 38. № 1. P. 74–82. https://doi.org/10.1002/crat.200310009
  10. Effendy N., Zaid M.H.M., Sidek H.A.A., Halimah M.K., Shabdin M.K., Yusof K.A., Mayzan M.Z.H. The Elastic, Mechanical and Optical Properties of Bismuth Modified Borate Glass: Experimental and Artificial Neural Network Simulation // Opt. Mater. 2022. V. 126. P. 112170. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112170
  11. Chizhikov A.P., Bazhin P.M., Stolin A.M. Features of the Structure and Phase Composition of Materials Based on Aluminum Oxide and Chromium Borides Obtained under Conditions of SHS and Free SHS Compression // Lett. Mater. 2020. V. 10. P. 135–140. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-2-135-140
  12. Chen P., Li Y., Yin B., Li S., Jia W., Lao D., Wang H., Liu J. New Design of Bismuth Borate Ceramic/Epoxy Composites with Excellent Fracture Toughness and Radiation Shielding Capabilities // Mater. Today Commun. 2023. V. 35. P. 106102. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.106102
  13. El-Khayatt A.M., Saudi H.A. Recycling of Waste Porcelain into Newly Developed Bismo-Borate Glass Admixture with Gd3+ Ions for Nuclear Radiation Protection Uses: An Experimental and Theoretical Study // Radiat. Phys. Chem. 2023. V. 203. P. 110612. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110612
  14. Степаненко С.А. Фотонный компьютер: структура и алгоритмы, оценки параметров // Фотоника. 2017. № 7. C. 67. https://doi.org/10.22184/1993-7296.2017.67.7.72.83
  15. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем. СПб: ПИТЕР, 2015.
  16. Полуэктов А.О. Оптический логический элемент: Патент РФ № 20751061 от 10.03.1997.
  17. Kumar A. Implementation of All-Optical NAND Logic Gate and Halfadder Using the Micro-Ring Resonator Structures // Opt. Quantum Electron. 2016. V. 48. № 477. https://doi.org/10.1007/s11082-016-0747-z
  18. Кузнецова О.В., Сперанский В.С. Решение задач обработки оптических сигналов без оптоэлектронного преобразования // Т-Comm. 2012. № 8. С. 35–39.
  19. Foldvari I., Beregi E., Munoz A., Sosa R., Horvath V. The Energy Levels of Er3+ Ion in Yttrium Aluminum Borate (YAB) Single Crystals // Opt. Mater. 2002. № 19. P. 241–244. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(01)00185-9
  20. Jiang H., Wang J., Hu X., Liu H., Liu X.Y. Optical Transition Properties of Er3+ Ions in YA13(BO3)4 Crystal // Chem. Phys. Lett. 2002. № 365. P. 279. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)01479-3
  21. Dammak M. Crystal-field Analysis of Er3+ Ions in Yttrium Aluminium Borate (YAB) Single Crystals // J. Alloys Compd. 2005. № 393. P. 51–56. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.10.006
  22. You W., Lin Y., Chen Y., Luo Z., Huang Y. Growth and Spectroscopic Properties of Er3+ Single Doped and Er3+–Yb3+ Co-Doped YAl3(BO3)4 Crystals // J. Cryst. Growth. 2004. № 270. P. 481–485. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.07.005
  23. Manjeet, Ravina, Amit, Poria K., Deopa N., Kumar A., Chahal R.P. Optimization of Dysprosium Ions Doped Borate Glasses for Photoluminescence Applications // Mater. Lett.: X. 2023. V. 19. P. 100208. https://doi.org/10.1016/j.mlblux.2023.100208
  24. Bao W., Yu X., Wang T., Zhang H., Su C. Tb3+/Eu3+ Co-Doped Al2O3–B2O3–SrO Glass Ceramics: Preparation, Structure and Luminescence Properties // Opt. Mater. 2021. V. 122. P. 111772. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111772
  25. Ma R., Reniers S., Shoji Y., Mizumoto T., Williams K., Jiao Y., van der Tol J. Integrated Polarization-Independent Optical Isolators and Circulators on an InP Membrane on Silicon Platform // Optica. 2021. V. 8. P. 1654–1661. https://doi.org/10.1364/OPTICA.443097
  26. Плехович А.Д., Ростокина Е.Е., Кутьин А.М., Гаврищук Е.М. Кинетика формирования алюмоиттриевого граната из аморфной фазы гидрозолей разного состава // Неорган. материалы. 2022. T. 58. № 12. С. 1353–1360. https://doi.org/10.31857/S0002337X22120090
  27. Bobkova N.M., Trusova E.E., Zakharevich G.B. Phase, Glass Formation and the Properties of BaO–Bi2O3–B2O3 Glasses // Glass Ceram. 2013. № 69. P. 366–369. https://doi.org/10.1007/s10717-013-9480-2
  28. Plekhovich A.D., Kut’in A.M., Rostokina E.E., Komshina M.E., Balueva K.V., Ignatova K.F., Shiryaev V.S. Controlled Crystallization of BaO–B2O3–Bi2O3 Glass in the Temperature Range of a Supercooled Melt in the Presence of Additional Nucleation Centers // J. Non-Cryst. Solids. 2022. V. 588. P. 121629. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121629
  29. Rostokina E.Ye., Plekhovich А.D., Kut’in А.M., Georgiu I.F., Balabanov S.S., Komshina M.E. Kinetic Effects of Substitution Er3+ for Y3+ in (Y1-xErx)3Al5O12 Garnet // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. P. 5324–5330. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.065
  30. Bufetova G.A., Kashin V.V., Rusanov S.Ya., Seregin V.F., Tsvetkov V.B. Measurement of the Refractive Index of an Er3+:YAG Crystal Melt // J. Appl. Phys. 2020. V. 127. P. 035104. https://doi.org/10.1063/1.5128088
  31. Zelmon D.E., Small D.L., Page R. Refractive-Index Measurements of Undoped Yttrium Aluminum Garnet from 0.4 to 5.0 μm // Appl. Opt. 1998. V. 37. P. 4933–4935. https://doi.org/10.1364/AO.37.004933
  32. Peixin Zhong, Genyu Chen, Shaoxiang Cheng, Mingquan L. Study on the Effect of Laser Pre-Sintering in Laser-Assisted Glass Frit Bonding // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 20. P. 2309–2322. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.07.162
  33. Gao B., Zhao H., Peng L., Sun Z. A Review of Research Progress in Selective Laser Melting (SLM) // Micromachines. 2023. V. 14. P. 57. https://doi.org/10.3390/mi14010057
  34. Liu Q., Danlos Y., Song B., Zhang B., Yin S., Liao H. Effect of High-Temperature Preheating on the Selective Laser Melting of Yttria-Stabilized Zirconia Ceramic // J. Mater. Process. Technol. 2015. V. 222. P. 61–74. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.02.036
  35. Protasov C.E., Khmyrov R.S., Grigoriev S.N., Gusarov A.V. Selective Laser Melting of Fused Silica: Interdependent Heat Transfer and Powder Consolidation // Int. J. Heat Mass Transfer. 2017. V. 104. P. 665–674. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.08.107

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Microphotographs of Er:YAG (a), glass (b) and glass-ceramic (c) powders after sputtering on the developed setup and unpolished surfaces of samples synthesized by SLS, Er:YAG (d) and glass-ceramic (e).

Download (32KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffraction patterns of samples formed by the SLS method from 100% garnet (1), from an ultradispersed charge of 10% garnet+90% glass (2); identified crystalline phases: 1 - Y3Al5O12 (PDF 33-0040), 2 - YBO3 (PDF 74-1929) andY3Al5O12 (PDF 33-0040).

Download (20KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Thermal analysis results of 20Bi2O3-60B2O3-20BaO glass (red line) and 10Er:YAG-90(Bi2O3-B2O3-BaO) glass-ceramic samples (purple line) obtained by the SLS method compared to glass welded in a platinum crucible (dashed line).

Download (21KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. DSC curves of heating at a rate of 10 K/min of the ultradisperse charge x(Er0.5Y0.5AG)-(100-x)∙(20Bi2O3-60B2O3-20BaO) at x = 5, 10, 15, 19, 54 mol% (the temperature range of unglazing is marked with light blue background and crystallization is highlighted with beige background).

Download (27KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Microphotographs of sintered glass crystals from ultradisperse charge 5(Er0.5Y0.5AG)-95∙(20Bi2O3-60B2O3-20BaO) (a) and a sample from mechanically crushed mixture of formed garnet and glass (15 and 85% mol%) (b).

Download (14KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. X-ray diffraction pattern of a sample obtained from a mechanically ground mixture of formed garnet and glass 15 Er0.5Y0.5AG-85(20Bi2O3-60B2O3-20BaO); identified crystalline phases: Y3Al5O12 (PDF 33-0040) and Bi1.87Y0.13O12 (PDF 41-0304).

Download (21KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. X-ray diffraction patterns of samples obtained from a compressed charge of two molar ratios of garnet and glass x(Er0.5Y0. 5AG)-(100-x)∙(20Bi2O3-60B2O-20BaO): x = 5 (865 °C) and x = 54 (875 °C); identified crystalline phases: 865 °C - YBO3 (PDF 74-1929), 875 °C - Y3Al5O12 (PDF 33-0040), YBO3 (PDF 74-1929), Y3BO6 (PDF 34-0291).

Download (36KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. SLS result of ultradisperse charge of composition 10-90 at multiple passes (a), at single pass - track (b); the inset shows the width of a single track formed by the laser beam.

Download (24KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».