zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-11-19-25zldm-1100Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISИзменение микроструктуры и оптических свойств допированного натрий-кальциевого силикатного стекла в процессе вторичной термообработкиChanges in the microstructure and optical properties of doped sodium-calcium silicate glass upon secondary heat treatmentАндреевМ Н.AndreevM. N.

Максим Николаевич Андреев - химический факультет.

119899, Москва, Ленинские горы, д. 1, корп. 3

Maksim N. Andreev - Department of Chemistry.

1 bld. 3 Leninskiye Gory, Moscow, 119899

ДроздовА. А.DrozdovA. A.

Андрей Анатольевич Дроздов - химический факультет.

119899, Москва, Ленинские горы, д. 1, корп. 3

Andrei A. Drozdov - Department of Chemistry.

1 bld. 3 Leninskiye Gory, Moscow, 119899

camertus@mail.ruКозловМ. И.KozlovM. I.

Максим Игоревич Козлов - химический факультет.

119899, Москва, Ленинские горы, д. 1, корп. 3

Maksim I. Kozlov - Department of Chemistry.

1 bld. 3 Leninskiye Gory, Moscow, 119899

ЗайцевВ. Б.ZaitsevV. B.

Владимир Борисович Зайцев - физический факультет.

119899, Москва, Ленинские горы, д. 1, корп. 2

Vladimir B. Zaitsev - Department of Physics.

1 bld. 2 Leninskiye Gory, Moscow, 119899

КлимонскийС. О.LimonskiiS. O.

Сергей Олегович Климонский - химический факультет.

119899, Москва, Ленинские горы, д. 1, корп. 3

Sergei O. Klimonskii - Department of Chemistry.

1 bld. 3 Leninskiye Gory, Moscow, 119899

Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20192811201985111925Copyright © Андреев М.Н., Дроздов А.А., Козлов М.И., Зайцев В.Б., Климонский С.О., 20192019Андреев М.Н., Дроздов А.А., Козлов М.И., Зайцев В.Б., Климонский С.О.Andreev M.N., Drozdov A.A., Kozlov M.I., Zaitsev V.B., limonskii S.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1100

В работе рассмотрены процессы фазового разделения, происходящие в системе Na2O–CaO–SiO2 (NCS), содержащей одновременно четыре различных микрокомпонента (Fe2O3, P2O5, Ag, Au). Синтезировали два стекла близкого состава с одним и тем же набором микрокомпонентов, но с различным содержанием золота и серебра. Варку стекла проводили в открытом платиновом тигле в электропечи при 1400 °C в течение 3 ч. Стекло вырабатывали на чугунную плиту с ограничителями и отжигали при 520 °C 1 ч. Формирование наночастиц происходило при вторичной термообработке при 550 – 600 °C. Показано, что фазовое разделение в образце, состав которого лежит на линии предела несмешиваемости в NCS-системе, происходит через образование наночастиц золота – серебра, построенных по типу ядро – оболочка: они служат центрами образования капель второй стеклофазы, обогащенной кремнеземом. Со временем внутри капель происходит кристаллизация кварца. Обсуждено влияние этих процессов на оптические свойства материала, в том числе дихроизм. Фазовое разделение подтверждено методом РЭМ, образование кварца доказано методом рентгенофазового анализа. Размер наночастиц рассчитан из электронных спектров методом компьютерного моделирования. Железо в полученных стеклах находится в степенях окисления +2 и +3, что определяет окраску стекла до вторичной термообработки и окраску термообработанного стекла в отраженном свете. Окраска стекла в проходящем свете после вторичной термообработки обусловлена поглощением света наночастицами. Показана зависимость формы наночастиц от соотношения золото – серебро в стекле: при исследуемых соотношениях она представляет собой удлиненный или сплюснутый эллипсоид.

The phase separation in Na2O-CaO-SiO2 system containing four different microcomponents (Fe2O3, P2O5, Ag, Au) is studied. Two glass samples of close composition have been synthesized with the same set of the microcomponents and different content of gold and silver. Both glass samples have been melted in an open platinum crucible in an electric furnace at 1400°C for three hours and then poured and quenched on a cast iron plate and annealed at 520°C for one hour. Formation of the nanoparticles occurred upon secondary heat treatment at 550 – 600°C. The phase separation in the glass sample with a composition corresponding to the immiscibility limit in the NCS system occurs through formation of the core – shell type gold-silver nanoparticles, which serve as nucleation centers for the droplets of the second glass phase enriched in silica. Eventually, quartz crystallizes inside the droplets. The impact of these processes on the optical properties of the material including dichroism is discussed. The phase separation and quartz formation are confirmed by SEM and X-ray analysis data, respectively. The size of the nanoparticles was calculated from electron spectra using computer simulation. Iron in the glass samples thus obtained is in oxidation states +2 and +3, which determines the color of the glass before and after the secondary heat treatment in reflected light. The glass color in the transmitted light after the secondary heat treatment is attributed to the light absorption by nanoparticles. The dependence of the nanoparticle shape on the gold-silver ratio in glass is presented. The shape of nanoparticle is close to oblong or oblate ellipsoid within the range of the gold – silver ratios considered in the study.

силикатные стеклаоптические свойствадихроизмнаночастицыфазовое разделениеsilicate glassoptical propertiesdichroismnanoparticlesphase separationReferencesRomero M., Rincon J. Ma., Acosta A. Effect of iron oxide content on the crystallization of a diopside glass-ceramic glaze / J. Eur. Ceram. Soc. 2002. Vol. 2. P. 883 – 890. DOI: 10.1016/S0955-2219(01)00395-8.Romero M., Rincon J. Ma., Acosta A. Effect of iron oxide content on the crystallization of a diopside glass-ceramic glaze / J. Eur. Ceram. Soc. 2002. Vol. 2. P. 883 – 890. DOI: 10.1016/S0955-2219(01)00395-8.Jeoung J. -S., Poisl W. H., Weinberg M., et al. Effect of oxidation state of iron on phase separation in sodium silicate glasses / J. Am. Ceram. Soc. 2001. Vol. 84. N 8. P. 1859 – 1864. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2001.tb00927.x.Jeoung J. -S., Poisl W. H., Weinberg M., et al. Effect of oxidation state of iron on phase separation in sodium silicate glasses / J. Am. Ceram. Soc. 2001. Vol. 84. N 8. P. 1859 – 1864. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2001.tb00927.x.Jebsen Marwedel H., Brückner R. (Hrsg.). Glastechnische Fabrikationsfehler. Pathologische Ausnahmezustände des Werkstoffes Glas und ihre Behebung, eine Brücke zwischen Wissenschaft, Technologie und Praxis. — Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 1980. — 623 s.Jebsen Marwedel H., Brückner R. (Hrsg.). Glastechnische Fabrikationsfehler. Pathologische Ausnahmezustände des Werkstoffes Glas und ihre Behebung, eine Brücke zwischen Wissenschaft, Technologie und Praxis. — Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 1980. — 623 s.Tomozawa M., Obara R. A. Effect of minor third components on metastable immiscibility boundaries of binary glasses / J. Am. Ceram. Soc. 1973. Vol. 56. N 3. P. 3378 – 3381. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1973.tb12690.x.Tomozawa M., Obara R. A. Effect of minor third components on metastable immiscibility boundaries of binary glasses / J. Am. Ceram. Soc. 1973. Vol. 56. N 3. P. 3378 – 3381. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1973.tb12690.x.Commons C. H. Past and present practice and theory of opaque glass / Am. Ceram. Soc. Bull. 1948. Vol. 27. N 9. P. 337 – 344.Commons C. H. Past and present practice and theory of opaque glass / Am. Ceram. Soc. Bull. 1948. Vol. 27. N 9. P. 337 – 344.Sitarz M., Szumera M. Crystallization of silico-phosphate glasses / J. Therm. Anal. Calorim. 2008. Vol. 91. P. 255 – 260. DOI: 10.1007/s10973-007-8374-3.Sitarz M., Szumera M. Crystallization of silico-phosphate glasses / J. Therm. Anal. Calorim. 2008. Vol. 91. P. 255 – 260. DOI: 10.1007/s10973-007-8374-3.Abdel-Halmeed S. A. M., Marzouk M. A., Farag M. M. Effect of P2O5 and MnO2 on crystallization of magnetic glass ceramics / J. Adv. Res. 2014. Vol. 5. N 5. P. 543 – 550. DOI: 10.1016/j.jare.2013.07.001.Abdel-Halmeed S. A. M., Marzouk M. A., Farag M. M. Effect of P2O5 and MnO2 on crystallization of magnetic glass ceramics / J. Adv. Res. 2014. Vol. 5. N 5. P. 543 – 550. DOI: 10.1016/j.jare.2013.07.001.Smogor H., Cardinal T., Jubera V., et al. Effect of silver on phase separation and crystallization of niobium oxide containing glasses / J. Solid State Chem. 2009. Vol. 182. P. 1351 – 1358. DOI: 10.1016/j.jssc.2009.02.028.Smogor H., Cardinal T., Jubera V., et al. Effect of silver on phase separation and crystallization of niobium oxide containing glasses / J. Solid State Chem. 2009. Vol. 182. P. 1351 – 1358. DOI: 10.1016/j.jssc.2009.02.028.Inman J. M., Houde-Walter S. N., Greaves G. N., et al. Structural characterisation of silver ion exchange in alumino-silicate glasses / Jpn. J. Apll. Phys. 1993. Vol. 32. P. 667 – 669. DOI: 10.7567/JJAPS.32S2.667.Inman J. M., Houde-Walter S. N., Greaves G. N., et al. Structural characterisation of silver ion exchange in alumino-silicate glasses / Jpn. J. Apll. Phys. 1993. Vol. 32. P. 667 – 669. DOI: 10.7567/JJAPS.32S2.667.Weyl W. A. Structure of subsurface layers and their role in glass technology / J. Non-Cryst. Solids. 1975. Vol. 19. P. 1 – 25. DOI: 10.1016/0022-3093(75)90066-6.Weyl W. A. Structure of subsurface layers and their role in glass technology / J. Non-Cryst. Solids. 1975. Vol. 19. P. 1 – 25. DOI: 10.1016/0022-3093(75)90066-6.Bogaerts M., Godet St. Phase-separated soda-lime silica glass. US Patent 8,853,109 B2, Oct. 7,2014.Bogaerts M., Godet St. Phase-separated soda-lime silica glass. US Patent 8,853,109 B2, Oct. 7,2014.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.