俄罗斯 - 艾赫巴里通讯社
光子学革命：俄罗斯科学家为医疗和电子产品创造独特碲酸盐玻璃
由俄罗斯研究人员领导的一个国际科学家团队，通过开发一种独特的碲酸盐氧化氯化物玻璃，在材料科学领域取得了突破性进展。这种创新材料有望显著扩展现代光子技术的应用范围，为激光手术、光学放大器和高精度工业系统开辟新天地。这项在著名期刊《非晶态固体杂志》（Journal of Non-Crystalline Solids）上详细发表的发现，凸显了俄罗斯在全球科学研究和先进材料开发中日益增长的作用。
这项研究是由领先的科学中心合作完成的：库尔纳科夫普通与无机化学研究所（IONKh RAS）、俄罗斯门捷列夫化学技术大学，以及他们的国际合作伙伴——法国卡昂-诺曼底大学和布拉格捷克技术大学。他们的共同努力促成了新一代磷光玻璃的诞生，该玻璃基于氯化铅和二氧化碲（PbCl₂-TeO₂）的复合材料。一个关键的创新是使用稀土离子（如铥（Tm3+）、铒（Er3+）和钬（Ho3+））对这些玻璃进行掺杂，这赋予了它们卓越的光学特性。
另请阅读
所开发材料的特殊价值在于其异常高的光谱发光特性，尤其是在2至3微米的中红外波长范围内表现尤为突出。这一范围对于众多高科技应用至关重要。例如，在医学领域，在此光谱下工作的激光器可提供更精确、微创的外科手术干预，最大限度地减少对周围组织的损害。这为眼科、皮肤科和普通外科等需要极高精度的领域开辟了新前景。在电子和电信领域，这种新材料可以成为创建更高效光学放大器的基础，这些放大器是高速光纤网络的核心，也可以用于开发具有增强材料加工和制造能力的新一代工业激光器。
碲酸盐氧化氯化物玻璃相对于传统材料（如硅酸盐和氟化物玻璃）的优势是毋庸置疑的。它们在红外区域表现出显著更高的透明度，这对于高效激光辐射传输至关重要。此外，它们的低声子能量和通过添加卤化物改性剂实现的改进发光效率，使得能够产生更强大、更稳定的辐射。这些特性使其成为创建紧凑型、高性能光子器件的理想候选者，超越了现有同类产品。
然而，创造这种先进材料的道路并非一帆风顺。由于其合成的根本性困难，氧化氯化物光子材料领域长期以来一直未被充分探索。主要问题在于热解水解——初始组分在水蒸气作用下发生高温分解。这个过程导致玻璃结构中形成不希望的残留羟基（OH）基团，众所周知，这些基团会显著抑制发光，使材料不适用于光学应用。对抗这些杂质是技术发展的主要障碍。
正是在这一点上，研究人员的独创性和创新方法得到了体现。他们成功地利用熔体淬火法选择并优化了合成条件。这种方法将OH基团的形成降至前所未有的低水平，确保了材料的纯度和光学活性。实现对合成过程的这种控制是一项真正的突破，为详细研究这些玻璃的光谱发光特性开辟了可能性。科学家们首次能够全面分析其特性，并清楚地展示其优于氧化物和氧氟化物基同类产品的优势，后者具有更高的声子能量，限制了它们在中红外范围内的应用。
另一个重要的成就是，所开发的材料表现出稀土离子激发态的更长寿命。这一特性对于光学放大器的效率至关重要，因为它允许积累更多能量并以更强大、更稳定的脉冲形式释放。激发态寿命的延长使这些玻璃成为创建下一代光纤激光器和放大器的高度有前景的材料，这些激光器和放大器将在最苛刻的领域找到应用——从科学研究到国防工业。
相关新闻
总的来说，新型碲酸盐氧化氯化物玻璃的开发是材料科学和光子学领域向前迈出的重要一步。它不仅解决了长期存在的合成难题，还为创建众多新型高科技设备打开了大门。俄罗斯科学与国际合作伙伴合作，再次证实了其在创新领域的巨大潜力，能够影响全球技术的未来并改善生活质量。
