[go: up one dir, main page]

RU2509062C2 - Method of forming silver nanoparticles in glass - Google Patents

Method of forming silver nanoparticles in glass Download PDF

Info

Publication number
RU2509062C2
RU2509062C2 RU2012113317/03A RU2012113317A RU2509062C2 RU 2509062 C2 RU2509062 C2 RU 2509062C2 RU 2012113317/03 A RU2012113317/03 A RU 2012113317/03A RU 2012113317 A RU2012113317 A RU 2012113317A RU 2509062 C2 RU2509062 C2 RU 2509062C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass
silver
hours
temperature
nanoparticles
Prior art date
Application number
RU2012113317/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012113317A (en
Inventor
Петр Алексеевич Образцов
Алексей Викторович Нащекин
Олег Алексеевич Усов
Николай Валентинович Никоноров
Александр Иванович Сидоров
Александр Иванович Игнатьев
Александр Владимирович Фонин
Ирина Михайловна Кузнецова
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Северал"
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Северал", Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Северал"
Priority to RU2012113317/03A priority Critical patent/RU2509062C2/en
Publication of RU2012113317A publication Critical patent/RU2012113317A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509062C2 publication Critical patent/RU2509062C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method involves depositing a silver film on the surface of silicate glass doped with cerium, holding the obtained structure at temperature of 400-600°C for 2-10 hours, irradiating the structure with UV radiation and then holding at temperature of 400-600°C for 2-10 hours.
EFFECT: method enables to obtain glass composites with high concentration of silver nanoparticles in the surface region of the glass and solves the task of making planar waveguides in glass composites.
5 cl, 1 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии создания оптических материалов и может быть использовано в интегральной оптике и биосенсорных технологиях. Композитные материалы с наночастицами металлов (Au, Ag, Cu, Pt, Pd) находят широкое применение при создании биосенсоров на основе плазменных (наночастиц) наноструктур и метаматериалов (см. D.A. Stuart, A.J. Haes, C.R. Yonzon, E.M. Hicks and R.P. Van Duyne. - Biological applications of localised surface plasmonic phenomenae // Nanobiotechnology (2005), 152(1); 13), для усиления сигналов флуоресценции (см. Е. Fort, S. Gresillon. - Surface enhanced fluorescence // J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 013001, 31pp) в качестве нелинейно-оптических сред для быстродействующих оптических переключателей (см. Р. Chakraborty. - Metal nanoclasters in glasses as non-linear photonic materials // J. Mater. Sci., 1998, Vol.33, P.2235-2249), фотохромных сред (см. A.V. Dotsenko, L.B. Glebov, V.A. Tsekhomsky. - Physics and Chemistry of Photochromic Glasses, CRC Press LLC, 1998, 190 p.), метаматериалов (см. N.A. Litchinitser, I.R. Gabitov, A.I. Maimistov, V.M. Shalaev. - Negative refractive index metamaterials in optics. Progress in Optics (ed. by Е. Wolf), 2008, Vol.51, P.3-60), а также для изготовления интегрально-оптических устройств на поверхностных электромагнитных волнах (плазмонах) (см. A.V. Zayats, I.I. Smolyaninov, A.A. Maradudin. - Nano-optics of surface plasmon polaritons // Physics Reports. 2005, V.408, P.131-314).The invention relates to a technology for creating optical materials and can be used in integrated optics and biosensor technologies. Composite materials with metal nanoparticles (Au, Ag, Cu, Pt, Pd) are widely used in the creation of biosensors based on plasma (nanoparticles) nanostructures and metamaterials (see DA Stuart, AJ Haes, CR Yonzon, EM Hicks and RP Van Duyne. - Biological applications of localized surface plasmonic phenomena // Nanobiotechnology (2005), 152 (1); 13), for amplification of fluorescence signals (see E. Fort, S. Gresillon. - Surface enhanced fluorescence // J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 013001, 31pp) as non-linear optical media for high-speed optical switches (see R. Chakraborty. - Metal nanoclasters in glasses as non-linear photonic materials // J. Mater. Sci., 1998 , Vol.33, P.2235-2249), photo media (see AV Dotsenko, LB Glebov, VA Tsekhomsky. - Physics and Chemistry of Photochromic Glasses, CRC Press LLC, 1998, 190 p.), metamaterials (see NA Litchinitser, IR Gabitov, AI Maimistov, VM Shalaev. - Negative refractive index metamaterials in optics. Progress in Optics (ed. By E. Wolf), 2008, Vol.51, P.3-60), as well as for the manufacture of integrated optical devices based on surface electromagnetic waves (plasmons) (see AV Zayats, II Smolyaninov, AA Maradudin. - Nano-optics of surface plasmon polaritons // Physics Reports. 2005, V.408, P.131-314).

Известен способ формирования серебряных наночастиц в стекле (см. авт. свид. SU 919286, МПК С03С 17/06, С03С 17/22, опубликовано 20.08.2004), включающий нанесение на поверхность стекла слоев серебра и галогенидов металлов с термообработкой каждого слоя, в котором с целью повышения производительности и снижения расхода серебра, слой галогенидов металлов наносят из порошка перед нанесением слоя серебра, а последний анодным растворением.A known method of forming silver nanoparticles in glass (see ed. Certificate SU 919286, IPC C03C 17/06, C03C 17/22, published 08/20/2004), comprising applying layers of silver and metal halides to the glass surface with heat treatment of each layer, which, in order to increase productivity and reduce silver consumption, a layer of metal halides is applied from the powder before applying the silver layer, and the latter by anodic dissolution.

В результате, в получаемых известным способом стеклах с фотохромными свойствами формируются металлические наночастицы с большим разбросом размеров и формы, что ведет к отсутствию выраженной полосы поглощения, связанной с эффектом плазменного резонанса. Этот факт исключает возможность использования таких стекол в интегральной оптике и биосенсорных технологиях.As a result, metallic nanoparticles with a large variation in size and shape are formed in glasses with photochromic properties obtained in a known manner, which leads to the absence of a pronounced absorption band associated with the plasma resonance effect. This fact excludes the possibility of using such glasses in integrated optics and biosensor technologies.

Известен способ формирования металлических нанокластеров в стекле (см. заявка PCT WO 0140132, МПК С03С 11/00, заявлена 07.06.2001), включающий предварительное изготовление коллоидных металлических наночастиц, нанесение их на поверхность стекла и последующую выдержку при температуре 550-720°C в течение не менее 30 минут.A known method of forming metal nanoclusters in glass (see application PCT WO 0140132, IPC С03С 11/00, claimed 07.06.2001), including the preliminary manufacture of colloidal metal nanoparticles, applying them to the glass surface and subsequent exposure at a temperature of 550-720 ° C for at least 30 minutes.

Недостатком известного способа сложность его осуществления из-за большого количества проводимых операций. Полоса поглощения, связанная с локализованным плазменным резонансом металлических наночастиц, полученных известных способом имеет недостаточную интенсивность.The disadvantage of this method is the complexity of its implementation due to the large number of operations. The absorption band associated with the localized plasma resonance of metal nanoparticles obtained by the known method has insufficient intensity.

Известен способ формирования серебряных наночастиц в стекле (см. патент RU 2394001, МПК С03С 17/06, В82В 3/00, опубликован 10.07.2010), заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра или меди, либо наночастицы галогенидов серебра или меди, облучают электронным пучком с энергиями 2-50 кэВ и дозами 2-20 мК/см2, после чего выдерживают при температуре 400-600°С в течение 2-10 часов. В результате облучения электронами происходит восстановление ионов серебра или меди до атомарного состояния. При выдержке при температуре 400-600°С в течение 2-10 часов (отжиге), в результате диффузии атомов они формируют металлические наночастицы в тонком приповерхностном слое стекла.A known method of forming silver nanoparticles in glass (see patent RU 2394001, IPC С03С 17/06, В82В 3/00, published July 10, 2010), which consists in the fact that glass containing silver or copper ions, or silver or copper halide nanoparticles , irradiated with an electron beam with energies of 2-50 keV and doses of 2-20 mK / cm 2 , and then kept at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours. As a result of electron irradiation, silver or copper ions are reduced to an atomic state. When held at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours (annealing), as a result of atom diffusion, they form metal nanoparticles in a thin surface layer of glass.

Недостатком известного способа является необходимость использования сильноточных электронных микроскопов с большим диаметром электронного пучка, что является энергозатратым способом, не пригодным для промышленной реализации данного метода.The disadvantage of this method is the need to use high-current electron microscopes with a large diameter of the electron beam, which is an energy-consuming method, not suitable for the industrial implementation of this method.

Известен способ формирования серебряных наночастиц в стекле (см. A.V. Dotsenko, L.B. Glebov, V.A. Tsekhomsky Physics and Chemistry of Photochromic Glasses. CRC Press LLC, 1998, 190 p.), совпадающий с заявляемым техническим решение по наибольшему числу существенных признаков и выбранный в качестве прототипа. Способ-прототип заключается в том, что стекло, содержащее ионы серебра, либо нанокластеры галогенидов серебра облучают ультрафиолетовым излучением, после чего подвергают выдержке (отжигу) 400-600°С в течение 2-10 часов. Ультрафиолетовое облучение приводит к переходу ионов серебра в атомарное состояние. В результате диффузии они формируют металлические нанокластеры.A known method of forming silver nanoparticles in glass (see AV Dotsenko, LB Glebov, VA Tsekhomsky Physics and Chemistry of Photochromic Glasses. CRC Press LLC, 1998, 190 p.), Coinciding with the claimed technical solution for the largest number of essential features and selected as prototype. The prototype method consists in the fact that glass containing silver ions, or silver nanoclusters nanoclusters are irradiated with ultraviolet radiation, and then subjected to exposure (annealing) of 400-600 ° C for 2-10 hours. Ultraviolet irradiation leads to the transition of silver ions into an atomic state. As a result of diffusion, they form metallic nanoclusters.

Недостатком способа является большая глубина проникновения ультрафиолетового излучения в стекло, содержащее ионы серебра, что препятствует созданию тонких (менее 1 мкм) композитных слоев. Недостатком является также то, что относительно большая длина волны излучения (λ=100-350 нм) препятствует созданию композитных слоев заданной геометрии с пространственным разрешением менее 100 нм.The disadvantage of this method is the large depth of penetration of ultraviolet radiation into glass containing silver ions, which prevents the creation of thin (less than 1 μm) composite layers. The disadvantage is that the relatively large radiation wavelength (λ = 100-350 nm) prevents the creation of composite layers of a given geometry with a spatial resolution of less than 100 nm.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа формирования серебряных наночастиц в стекле, который бы позволял получать стеклокомпозиты с высокой концентрацией наночастиц серебра в приповерхностной области стекла, т.е. задачу контролируемого изготовления планарных волноводов в стеклокомпозитах.The present invention was the development of such a method of forming silver nanoparticles in glass, which would allow to obtain glass composites with a high concentration of silver nanoparticles in the surface region of the glass, i.e. the task of the controlled manufacture of planar waveguides in glass composites.

Поставленная задача решается тем, что способ формирования металлических наночастиц в стекле включает нанесение серебряной пленки на поверхность силикатного стекла, допированного церием, выдержку полученной структуры при температуре 400-600°С в течение 2-10 часов, облучение структуры ультрафиолетовым (УФ) излучением и последующую выдержку при температуре 400-600°С в течение 2-10 часов.The problem is solved in that the method of forming metal nanoparticles in glass involves applying a silver film to the surface of silicate glass doped with cerium, holding the resulting structure at 400-600 ° C for 2-10 hours, irradiating the structure with ultraviolet (UV) radiation and subsequent exposure at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours.

Структуру можно облучать ультрафиолетовым излучением длиной волны А=100-350 нм и дозой Q=20-30 Дж/см2.The structure can be irradiated with ultraviolet radiation with a wavelength of A = 100-350 nm and a dose of Q = 20-30 J / cm 2 .

На поверхность силикатного стекла можно наносить серебряную пленку толщиной 50-150 нм, но толщина пленки решающего значения не имеет.A silver film with a thickness of 50-150 nm can be applied to the surface of silicate glass, but the film thickness is not critical.

Серебряную пленку на поверхность силикатного стекла можно наносить ионным распылениемSilver film on the surface of silicate glass can be applied by ion spraying

Новым в настоящем способе является предварительное нанесение серебряной пленки на поверхность силикатного стекла, допированного церием, и выдержку полученной структуры при температуре 400-600 ОС в течение 2-10 часов.New in the present method is the preliminary deposition of a silver film on the surface of silicate glass doped with cerium, and the exposure of the resulting structure at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours.

При первой термической обработке происходит термодиффузия серебряной пленки в приповерхностный слой стекла, с образованием композитного слоя с ионами серебра Ag+ Толщина серебряной пленки, температура и время отжига обусловлены двумя параметрами; коэффициентом диффузии серебра в стекле и уровнем концентрации ионов серебра, требуемым для образования наночастиц в приповерхностной области стекла. При пленке толщиной менее 50 нм концентрация образовавшихся наночастиц будет низка, напротив, при пленках толщиной более 150 нм будет требоваться больше времени для обеспечения термодиффузии пленки в объем стекла. Если увеличивать температуру обработки выше 600°С и время отжига больше 10 часов, то будет увеличиваться ширина профиля слоя с ионами серебра и, следовательно, будет уменьшаться их концентрация в приповерхностной области. При температуре обработки менее 400°С и времени выдержки меньше 2 часов пленка серебра не будет диффундировать в объем стекла.During the first heat treatment, thermal diffusion of the silver film into the surface layer of glass occurs, with the formation of a composite layer with silver ions Ag + The thickness of the silver film, the temperature and the annealing time are determined by two parameters; diffusion coefficient of silver in glass and the level of silver ion concentration required for the formation of nanoparticles in the surface region of the glass. With a film with a thickness of less than 50 nm, the concentration of the formed nanoparticles will be low; on the contrary, with films with a thickness of more than 150 nm, more time will be required to ensure thermal diffusion of the film into the glass volume. If the processing temperature is increased above 600 ° C and the annealing time is more than 10 hours, then the width of the profile of the layer with silver ions will increase and, consequently, their concentration in the near-surface region will decrease. When the processing temperature is less than 400 ° C and the exposure time is less than 2 hours, the silver film will not diffuse into the volume of the glass.

После первой выдержки полученную структуру облучают ультрафиолетовым излучением, например, дозой Q=20-30 Дж/см2 и снова подвергают отжигу при температуре 400-600°С в течение 2-10 часов. Облучение ультрафиолетовым излучением обусловлено необходимостью обеспечения фотоионизации Се3+ для дальнейшего восстановления ионов серебра до Ag0. Время отжига зависит от количества внедренных в стекло ионов серебра. Если увеличивать температуру обработки выше 600°С и время выдержки больше 10 часов, то будут деградировать нелинейные оптические свойства получаемого стеклокомпозита. При температуре обработки менее 400°С и времени выдержки меньше 2 часов наночастицы серебра не будут образовываться в достаточной концентрации. Таким образом, ультрафиолетовое облучение приводит к переходу ионов серебра в атомарное состояние и при последующем отжиге они, в результате диффузии, формируют металлические наночастицы в тонком приповерхностном слое стекла.After the first exposure, the resulting structure is irradiated with ultraviolet radiation, for example, with a dose of Q = 20-30 J / cm 2 and again annealed at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours. Irradiation with ultraviolet radiation is due to the need to ensure photoionization of Ce 3+ for further reduction of silver ions to Ag 0 . The annealing time depends on the number of silver ions embedded in the glass. If the processing temperature is increased above 600 ° C and the exposure time is more than 10 hours, the nonlinear optical properties of the resulting glass composite will degrade. When the processing temperature is less than 400 ° C and the exposure time is less than 2 hours, silver nanoparticles will not be formed in sufficient concentration. Thus, ultraviolet irradiation leads to the transition of silver ions into an atomic state, and upon subsequent annealing, they, as a result of diffusion, form metal nanoparticles in a thin surface layer of glass.

Настоящий способ поясняется чертежом, где показан спектр поглощения образца до облучения ультрафиолетом (кривая 1), после облучения (кривая 2) и после отжига (кривая 3).The present method is illustrated by the drawing, which shows the absorption spectrum of the sample before irradiation with ultraviolet light (curve 1), after irradiation (curve 2) and after annealing (curve 3).

Пример 1.Example 1

На пластину из силикатного стекла следующего состава, мол.%: SiO2 (69,6), Na2O (14,3), ZnO (6,8), F (0,54), KBr (4,0), Sb2O3 (0,1), CeO2 (0,02) методом ионного распыления наносили серебряную пленку толщиной 100 нм. Образец исходно представляет собой бесцветное и прозрачное стекло. После нанесения пленки проводили термическую обработку образца при температуре 500°С в течение 4 часов. В результате серебро термически диффундировало в приповерхностную область стекла, образуя приповерхностный слой насыщенный серебром. Воздействовали на стекло УФ-излучением с дозой Q=25 Дж/см2 и длиной волны λ=280 нм, что приводило к фотоионизации Ce3+ (для обеспечения фотоионизации Ce3+ необходимо чтобы длина волны возбуждающего излучения лежала в районе полосы поглощения Се3+max=310 нм или меньше). Освободившийся в результате фотоионизации электрон посредством сурьмы захватывался ионом серебра с образованием нейтрального атома серебра Ag0 (именно центры (Sb5+)-, возникающие при УФ облучении при комнатной температуре, играют главную роль при образовании атомарного серебра и нанокластеров Agn, так как заряженный центр (Sb5+)- сохраняется до высоких температур). При последующей выдержке при температуре 500°С в течение 2 часов в результате диффузии атомов Ag+ возникали наночастицы серебра - Ag0n. Формирование наночастиц серебра в тонком приповерхностном слое стекла наряду с окраской стекла, приводило к увеличению поглощения света и возникновению нелинейных оптических эффектов, что связано с плазменным резонансом в наночастицах серебра.On a silicate glass plate of the following composition, mol.%: SiO 2 (69.6), Na 2 O (14.3), ZnO (6.8), F (0.54), KBr (4.0), Sb 2 O 3 (0.1), CeO 2 (0.02), a silver film 100 nm thick was deposited by ion sputtering. The sample is initially colorless and clear glass. After applying the film, the sample was heat treated at a temperature of 500 ° C for 4 hours. As a result, silver thermally diffused into the surface region of the glass, forming a surface layer saturated with silver. The glass was exposed to UV radiation with a dose of Q = 25 J / cm 2 and a wavelength of λ = 280 nm, which led to photoionization of Ce 3+ (to ensure photoionization of Ce 3+, it is necessary that the wavelength of the exciting radiation lie in the region of the Ce 3 absorption band +max = 310 nm or less). The electron liberated as a result of photoionization by antimony was captured by a silver ion with the formation of a neutral silver atom Ag 0 (namely, the centers (Sb 5+ ) - arising from UV irradiation at room temperature play the main role in the formation of atomic silver and Ag n nanoclusters, since the charged center (Sb 5+ ) - stored to high temperatures). Subsequent exposure at 500 ° С for 2 hours as a result of diffusion of Ag + atoms, silver nanoparticles - Ag 0 n - appeared . The formation of silver nanoparticles in a thin surface layer of glass, along with the coloring of the glass, led to an increase in light absorption and the appearance of nonlinear optical effects, which is associated with plasma resonance in silver nanoparticles.

Толщина композитного слоя с наночастицами серебра зависит от времени термической обработки и температуры вжигания. В данном примере глубина диффузии составила ~15 мкм.The thickness of the composite layer with silver nanoparticles depends on the heat treatment time and the burning temperature. In this example, the diffusion depth was ~ 15 μm.

Пример 2.Example 2

На пластину из силикатного стекла следующего состава, мол.%: SiO2 (69,6), Na2O (14,3), ZnO (6,8), F (0,54), KBr (4/0), Sb2O3 (0,1), CeO2 (0,02) методом ионного распыления наносили серебряную пленку толщиной 100 нм. После нанесения пленки проводили термическую обработку образца при температуре 400°С в течение 2 часов. В результате серебро термически диффундировало в приповерхностную область стекла, образуя приповерхностный слой насыщенный серебром, но при этом на поверхности стекла оставался тонкий слой серебряной пленки. Воздействовали на стекло УФ-излучением с дозой Q=20 Дж/см2 и длиной волны λ=100 нм. Проводили последующую термообработку при температуре 600°С в течение 2 часов. Формирование наночастиц серебра в тонком приповерхностном слое стекла наряду с окраской стекла, приводило к незначительному увеличению поглощения света и возникновению слабых нелинейных оптических эффектов. Следовательно, из-за низкой температуры и времени первого отжига меньшее количества серебра попадало в приповерхностный слой и, следовательно, образовывалось меньшее количество серебряных наночастиц. Нелинейные эффекты проявлялись слабо, что дает основание установить такие параметры отжига как крайние снизу. Глубина диффузии серебра составила ~5 мкм.On a silicate glass plate of the following composition, mol.%: SiO 2 (69.6), Na 2 O (14.3), ZnO (6.8), F (0.54), KBr (4/0), Sb 2 O 3 (0.1), CeO 2 (0.02), a silver film 100 nm thick was deposited by ion sputtering. After applying the film, the sample was heat treated at a temperature of 400 ° C for 2 hours. As a result, silver thermally diffused into the surface region of the glass, forming a surface layer saturated with silver, but a thin layer of silver film remained on the glass surface. The glass was exposed to UV radiation with a dose of Q = 20 J / cm 2 and a wavelength of λ = 100 nm. Subsequent heat treatment was carried out at a temperature of 600 ° C for 2 hours. The formation of silver nanoparticles in a thin surface layer of glass along with the coloring of the glass led to a slight increase in light absorption and the appearance of weak nonlinear optical effects. Therefore, due to the low temperature and time of the first annealing, a smaller amount of silver fell into the surface layer and, therefore, a smaller amount of silver nanoparticles was formed. Nonlinear effects were weakly manifested, which gives grounds to establish such annealing parameters as extreme below. The diffusion depth of silver was ~ 5 μm.

Пример 3.Example 3

На пластину из силикатного стекла следующего состава, мол.%: SiO2 (69,6), Na2O (14,3), ZnO (6,8), F (0,54), KBr (4,0), Sb2O3 (0,1), CeO2 (0,02) методом ионного распыления наносили серебряную пленку толщиной 100 нм. После нанесения пленки проводили термическую обработку образца при температуре 600°С в течение 10 часов. В результате серебро термически диффундировало в приповерхностную область стекла, образуя приповерхностный слой насыщенный серебром. Воздействовали на стекло УФ-излучением с дозой Q=30 Дж/см2 и длиной волны λ=300 нм. Проводили последующую термообработку при температуре 600°С в течение 10 часов. Формирование наночастиц серебра в приповерхностном слое стекла наряду с окраской стекла, приводило к увеличению поглощения света и возникновению нелинейных оптических эффектов. Глубина диффузии серебра составила ~90 мкм. Композитные слои с такими широкими профилями слабо чувствительны к изменению диэлектрической постоянной на поверхности стекла. Так как толщина профиля обуславливается временем и температурой обоих отжигов, приведенные выше параметры можно установить как крайние сверху.On a silicate glass plate of the following composition, mol.%: SiO 2 (69.6), Na 2 O (14.3), ZnO (6.8), F (0.54), KBr (4.0), Sb 2 O 3 (0.1), CeO 2 (0.02), a silver film 100 nm thick was deposited by ion sputtering. After applying the film, the sample was heat treated at a temperature of 600 ° C for 10 hours. As a result, silver thermally diffused into the surface region of the glass, forming a surface layer saturated with silver. Exposed to the glass with UV radiation with a dose of Q = 30 J / cm 2 and a wavelength of λ = 300 nm. Subsequent heat treatment was carried out at a temperature of 600 ° C for 10 hours. The formation of silver nanoparticles in the surface layer of glass along with the coloring of the glass led to an increase in light absorption and the appearance of nonlinear optical effects. The diffusion depth of silver was ~ 90 μm. Composite layers with such wide profiles are weakly sensitive to changes in the dielectric constant on the glass surface. Since the thickness of the profile is determined by the time and temperature of both anneals, the above parameters can be set as extreme ones from above.

Из приведенных примеров следует, что предлагаемое техническое решение позволяет изготавливать композитные слои с наночастицами серебра в тонких приповерхностных слоях стекол. Использование ультрафиолетового облучения дает возможность значительно упростить технологический процесс, варьировать толщину композитного слоя, концентрацию металлических наночастиц в нем, а также позволяет обрабатывать большие площади стекол, что является важным фактором при промышленной реализации данной технологии.From the above examples it follows that the proposed technical solution allows the manufacture of composite layers with silver nanoparticles in thin near-surface layers of glasses. The use of ultraviolet radiation makes it possible to significantly simplify the process, vary the thickness of the composite layer, the concentration of metal nanoparticles in it, and also allows you to process large areas of glass, which is an important factor in the industrial implementation of this technology.

Настоящий способ позволяет синтезировать металлические наночастицы. во-первых, в тонком приповерхностном слое стекла, и во-вторых, с большей концентрацией, в сравнении со способом прототипом. Более высокая концентрация наночастиц серебра увеличивает оптическую нелинейность получаемых стекол. Способ может найти широкое применение в биосенсорных технологиях для создания биосенсоров на локализованных плазмонах и для усиления сигналов флуоресценции, а так же в интегральной оптике для изготовления плазменных волноводов и оптических переключателей.The present method allows the synthesis of metallic nanoparticles. firstly, in a thin surface layer of glass, and secondly, with a higher concentration, in comparison with the prototype method. A higher concentration of silver nanoparticles increases the optical nonlinearity of the resulting glasses. The method can be widely used in biosensor technologies for creating biosensors on localized plasmons and for amplifying fluorescence signals, as well as in integrated optics for the manufacture of plasma waveguides and optical switches.

Claims (6)

1. Способ формирования серебряных наночастиц в стекле, включающий нанесение серебряной пленки на поверхность силикатного стекла, допированного церием, выдерживание полученной структуры при температуре 400-600°C в течение 2-10 ч, облучение структуры ультрафиолетовым излучением и последующее выдерживание при температуре 400-600°C в течение 2-10 ч.1. The method of forming silver nanoparticles in glass, including applying a silver film to the surface of silicate glass doped with cerium, maintaining the resulting structure at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours, irradiating the structure with ultraviolet radiation and subsequent exposure at a temperature of 400-600 ° C for 2-10 hours 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что структуру облучают ультрафиолетовым излучением дозой Q=20-30 Дж/см2.2. The method according to claim 1, characterized in that the structure is irradiated with ultraviolet radiation at a dose of Q = 20-30 J / cm 2 . 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что структуру облучают ультрафиолетовым излучением длиной волны λ=100-350 нм.3. The method according to claim 1, characterized in that the structure is irradiated with ultraviolet radiation with a wavelength of λ = 100-350 nm. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхность силикатного стекла наносят серебряную пленку толщиной 50-150 нм.4. The method according to claim 1, characterized in that a silver film 50-150 nm thick is applied to the surface of the silicate glass. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что серебряную пленку на поверхность силикатного стекла наносят ионным распылением.5. The method according to claim 1, characterized in that the silver film on the surface of silicate glass is applied by ion spraying. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что серебряную пленку на поверхность силикатного стекла наносят химическим осаждением. 6. The method according to claim 1, characterized in that the silver film on the surface of silicate glass is applied by chemical deposition.
RU2012113317/03A 2012-04-05 2012-04-05 Method of forming silver nanoparticles in glass RU2509062C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113317/03A RU2509062C2 (en) 2012-04-05 2012-04-05 Method of forming silver nanoparticles in glass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113317/03A RU2509062C2 (en) 2012-04-05 2012-04-05 Method of forming silver nanoparticles in glass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012113317A RU2012113317A (en) 2013-10-10
RU2509062C2 true RU2509062C2 (en) 2014-03-10

Family

ID=49302746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012113317/03A RU2509062C2 (en) 2012-04-05 2012-04-05 Method of forming silver nanoparticles in glass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509062C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090104436A1 (en) * 2005-06-03 2009-04-23 Boraglas Gmbh Low-E Layered Systems Comprising Coloured Structures, Method for Producing the Latter and Use of Said Systems
EA013340B1 (en) * 2006-10-20 2010-04-30 Бенек Ой An apparatus and a method for dyeing glass
RU2394001C1 (en) * 2008-11-05 2010-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" Method of forming metal nanoclusters in glass
US20110008641A1 (en) * 2008-03-20 2011-01-13 Agc Glass Europe Film-coated glazing
RU2417172C2 (en) * 2006-06-20 2011-04-27 Дау Глобал Текнолоджиз Инк. Articles made from coated glass

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090104436A1 (en) * 2005-06-03 2009-04-23 Boraglas Gmbh Low-E Layered Systems Comprising Coloured Structures, Method for Producing the Latter and Use of Said Systems
RU2417172C2 (en) * 2006-06-20 2011-04-27 Дау Глобал Текнолоджиз Инк. Articles made from coated glass
EA013340B1 (en) * 2006-10-20 2010-04-30 Бенек Ой An apparatus and a method for dyeing glass
US20110008641A1 (en) * 2008-03-20 2011-01-13 Agc Glass Europe Film-coated glazing
RU2394001C1 (en) * 2008-11-05 2010-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" Method of forming metal nanoclusters in glass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.V. Dotsenko, L.B. GIebov, V.A. Tsekhomsky Physics and Chemistry of Photochromic Glasses. CRC Press LLC, 1998, 190 p. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012113317A (en) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Formica et al. Ultrastable and atomically smooth ultrathin silver films grown on a copper seed layer
Fujii et al. Upconversion luminescence of Er and Yb codoped NaYF4 nanoparticles with metal shells
Bhupathi et al. Femtosecond laser-induced vanadium oxide metamaterial nanostructures and the study of optical response by experiments and numerical simulations
Sharma et al. Optical investigation of soda lime glass with buried silver nanoparticles synthesised by ion implantation
Bochkareva et al. The formation of sodium nanoparticles in alkali-silicate glass under the action of the electron beam and thermal treatments
Kotsedi et al. Femtosecond laser surface structuring of molybdenum thin films
Ignat’Ev et al. Formation of silver nanoparticles in photothermorefractive glasses during electron irradiation
Kolobkova et al. Ag/Na ion exchange in fluorophosphate glasses and formation of Ag nanoparticles in the bulk and on the surface of the glass
Ajami et al. Saturable absorption of silver nanoparticles in glass for femtosecond laser pulses at 400 nm
Pivin et al. Nucleation and growth of Ag clusters in silicate glasses under ion irradiation
Sigaev et al. Spatially selective Au nanoparticle growth in laser-quality glass controlled by UV-induced phosphate-chain cross-linkage
Stepanov et al. Synthesis and optical properties of silver nanoparticles in ORMOCER
Safonov et al. Deposition of plasmon gold–fluoropolymer nanocomposites
Trave et al. Ag clustering investigation in laser irradiated ion-exchanged glasses by optical and vibrational spectroscopy
Sidorov et al. The effect of electron beam irradiation on silver–sodium ion exchange in silicate glasses
Battaglin et al. Silver nanocluster formation in ion-exchanged glasses by annealing, ion beam and laser beam irradiation: An EXAFS study
Grochowska et al. Engineering Au nanoparticle arrays on SiO2 glass by pulsed UV laser irradiation
Podsvirov et al. Formation of copper nanocrystals in photochromic glasses under electron irradiation and heat treatment
RU2394001C1 (en) Method of forming metal nanoclusters in glass
RU2509062C2 (en) Method of forming silver nanoparticles in glass
Sancho-Parramon et al. Optical and structural properties of silver nanoparticles in glass matrix formed by thermal annealing of field assisted film dissolution
Cattaruzza et al. Characterization of silicate glasses doped with gold by solid-state field-assisted ion exchange
Rico et al. Laser treatment of nanoparticulated metal thin films for ceramic tile decoration
RU140494U1 (en) DIFFRACTION GRATING
Ji et al. Tunable surface plasmon resonance wavelengths response from Au/Ag nanocomposite system