Спектрально-кинетические характеристики люминесценции поверхностных центров свечения оптических стекол и кристаллов при возбуждении излучением уф лазера

Спектрально-кинетические характеристики люминесценции поверхностных центров свечения оптических стекол и кристаллов при возбуждении излучением УФ лазера


Введение
Бурное развитие технологий, оперирующих микро- и нано- размерами ставить особые требования к наличию дефектов, их модификации, природы и условий возникновения. В элементах, получаемых этими технологиями, широко применяются кварцевые стекла и стекла на их основе – силикатные. Изучение их природы и свойств представляет интерес для фундаментальных проблем физики и химии твердого тела, взаимодействия излучения с веществом, лучевой прочности материалов и т.д. Дефекты (структурные и примесные) могут располагаться как в объеме, так и на поверхности твердого тела. Объемные и поверхностные дефекты диоксида кремния, такие как Е’- центр, "немостиковый" атомы кислорода, пероксидные радикалы и другие имеют схожие оптические характеристики [1, 2]. Но эти дефекты при контакте с окружающей средой быстро модифицируются, т.е. образуют химические связи с элементами имеющиеся в среде. Поверхностные слои вещества всегда отличаются по своим характеристикам от объеме материала за счет тех резких изменений, которые возникают на и вблизи фазовой границы. Атомы и молекулы поверхностного слоя не находятся в равновесном состоянии, поскольку они расположены ни в одной фазе, ни в другой. Одним из самых характерных свойств поверхности твердого тела является его способность адсорбировать газы и пары. Пары веществ, давление которых почти достигает величины давления насыщенного пара, и газы, обладающие химическим сродством с твердым телом, адсорбируются в большом количестве с возможным достижением или даже превышением точки образования мономолекулярного слоя. Адсорбция классифицируется как явление физического характера, если в нем принимают участие только ван-дер-ваальсовые силы, но существует и химическая адсорбция, если имеет место обмен электронами или использование общих электронов [3]. Различать виды адсорбции можно по толщине адсорбционного слоя. Хемосорбция всегда ограничивается образованием моноатомного и мономолекулярного слоя, тогда как при физической адсорбции мономолекулярный слой при более низких давлениях может стать полимолекулярным слоем при сравнительно более высоких давлениях.
Силикатное стекло обычно обладает большим химическим сродством к водяным парам. Некоторые марки силикатного стекла, кроме содержания в малых количествах СО₂, SО₂, N₂ неизменно содержат воду, которая связана со структурой вещества в объеме материала и с поверхностью в виде гидроксильных групп, а в основном, вода находится на поверхности в виде адсорбированных молекул H₂O. Свежая поверхность силикатного стекла при контактировании с атмосферой из ненасыщенных паров воды реагирует (хемосорбция) с активными участками поверхности и образует ионы ОН^-. При более длительной экспозиции адсорбированная вода реагирует с щелочным компонентом стекла, образуя на поверхности щелочные растворы. Контактирование с различными газами, например СО₂, может привести к адсорбции этих газов пленкой водного раствора щелочи. Весьма очевидно, что на многокомпонентных силикатных стеклах явление адсорбции носит более сложный характер.
Термообработка поверхности стекла может привести к ее дегидратации, с образованием на поверхности двух-, трех- и четырехчленных колец из атомов Si и О [4]:
OH OH O
  
 Si  O Si    Si Si  + H₂O
