bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-6-21-28bsuir-4019Research ArticleСтатьиЗоль-гель-синтез монодисперсных глобул кремнезема и оптические свойства упорядоченных и неупорядоченных материалов на их основеSol-Gel Synthesis of Monodisperse Silica Globules and Optical Properties of Ordered and Disordered Materials Based on ThemГапоненкоН. В.GaponenkoN. V.

Гапоненко Николай Васильевич, д-р физ.-мат. наук, проф., зав. науч.-исслед. лаб. «Нанофотоника» (НИЛ 4.5)

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17 293-88-75

Gaponenko Nikolai Vasilievich, Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Head of the R&D Laboratory “Nanophotonics” (Lab 4.5)

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-88-75

gaponenko@bsuir.byКлещеваС. М.KleshchevaS. M.

Клещева С. М., канд. геол.-минерал. наук

Kleshcheva S. M., Cand. of Sci.

ЛашковскаяЕ. И.LashkovskayaE. I.

Лашковская Е. И., мл. науч. сотр. НИЛ 4.5

г. Минск

Lashkovskaya E. I., Junior Researcher at the Lab 4.5

Minsk

ЛабуновВ. А.LabunovV. A.

Лабунов В. А., академик, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр. науч.-исслед. лаб. «Интегрированные микро- и наносистемы»

г. Минск

Labunov V. A., Academician, Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Chief Researcher at the R&D Laboratory “Integ rated Micro- and Nanosystems”

Minsk

МартыновИ. Л.MartynovI. L.

Мартынов И. Л., канд. физ.-мат. наук, доц. каф. физики микро- и наносистем

г. Москва

Martynov I. L., Cand. of Sci., Assoсiate Professor at the Department of Physics of Micro- and Nanosystems

Moscow

ЧистяковА. А.ChistyakovA. A.

Чистяков А. А., д-р физ.-мат. наук, проф., зав. каф. физики микро- и наносистем

г. Москва

Chistyakov A. A., Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Head of the Department of Physics of Microand Nanosystems

Moscow

КаргинН. И.KarginN. I.

Каргин Н. И., д-р техн. наук, проф., проректор

г. Москва

Kargin N. I., Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Vice-Rector

Moscow

РайченокТ. Ф.RaichenokT. F.

Райченок Т. Ф., канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. центра «Фотоника атомных и молекулярных структур»

г. Минск

Raichenok T. F., Cand. of Sci., Leading Researcher at the Center “Photonics of Atomic and Molecular Structures”

Minsk

СудникЛ. В.SudnikL. V.

Судник Л. В., д-р техн. наук, зам. дир. науч.-исслед. института импульсных процессов с опытным производством (НИИ ИП с ОП)

г. Минск

Sudnik L. V., Dr. of Sci. (Tech.), Deputy Director of the Research Institute of Impulse Processes with Pilot Production (PIIP with PP)

Minsk

ЛученокА. Р.LuchаnokA. R.

Лученок А. Р., ст. науч. сотр. НИИ ИП с ОП

г. Минск

Luchаnok A. R., Leading Researcher of the PIIP with PP

Minsk

ВангМ.WangM.

Ванг М., д-р физ.-мат. наук, проф., зав. лаб. исследований электронных материалов

г. Сиань

Wang M., Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Head of Electronic Materials Laboratory

Xi’an

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»National Research Nuclear University MEPhIИнститут физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут порошковой металлургии имени академика О. В. РоманаPowder Metallurgy InstituteСианьский университет Цзяо ТунXi’an Jiaotong University2024281220242262128Copyright © Гапоненко Н.В., Клещева С.М., Лашковская Е.И., Лабунов В.А., Мартынов И.Л., Чистяков А.А., Каргин Н.И., Райченок Т.Ф., Судник Л.В., Лученок А.Р., Ванг М., 20242024Гапоненко Н.В., Клещева С.М., Лашковская Е.И., Лабунов В.А., Мартынов И.Л., Чистяков А.А., Каргин Н.И., Райченок Т.Ф., Судник Л.В., Лученок А.Р., Ванг М.Gaponenko N.V., Kleshcheva S.M., Lashkovskaya E.I., Labunov V.A., Martynov I.L., Chistyakov A.A., Kargin N.I., Raichenok T.F., Sudnik L.V., Luchаnok A.R., Wang M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4019

Золь-гель-методом синтезированы монодисперсные глобулы кремнезема размерами около 250–300 нм, составляющие основу для синтеза искусственных опалов – трехмерных фотонных кристаллов и неупорядоченных опаловых матриц. Синтезированы матовые покрытия на кварцевом стекле, состоящие из монодисперсных глобул кремнезема и ксерогеля титаната бария, легированного эрбием и иттербием, демонстрирующие ап-конверсионную люминесценцию эрбия. Показано вызванное термообработкой изменение полосы непрозрачности (фотонной запрещенной зоны) в спектрах отражения синтетических опалов, содержащих ксерогель титаната бария и остатки неудаленного термообработкой этиленгликоля.

Monodisperse silica globules of about 250–300 nm in size have been synthesized by the sol-gel method. These globules form the basis for the synthesis of artificial opals – three-dimensional photonic crystals and disordered opal matrices. Matte coatings on quartz glass consisting of monodisperse silica globules and barium titanate xerogel doped with erbium and ytterbium, demonstrating up-conversion luminescence of erbium, have been synthesized. A change in the photonic band gap caused by heat treatment in the reflectance spectra of synthetic opals containing barium titanate xerogel and residues of ethylene glycol not removed by heat treatment has been shown.

золь-гель-методискусственный опалфотонный кристаллап-конверсиялюминесценция эрбияксерогель титаната барияsol-gel methodartificial opalphotonic crystalup-conversionerbium luminescencebarium titanate xerogelРабота выполнена при финансовой поддержке проектов Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований № Ф22КИТГ-008, № Х23М-044, № Т23РНФ-147 и задания 3.5 Государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций». Авторы выражают благодарность В. Д. Живулько и Д. В. Жигулину за помощь при анализе образцов.The work was sponsored by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research Projects No F22KITG-008, No Х23М-044, No T23RNF-147 and task 3.5 of the State Program of Scientific Research “Photonics and Electronics for Innovations”. The authors express their gratitude to V. D. Zhivulko and D. V. Zhigulin for assistance in analyzing the samples.ReferencesStoeber, W. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range / W. Stoeber, A. Fink, E. Bohn // J. Colloid Interface Science. 1968. Vol. 26. P. 62–69. https://doi.org/10.1016/0021-9797(68)90272-5.Stoeber W., Fink A., Bohn E. (1968) Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range. J. Colloid Interface Science. 26, 62–69. https://doi.org/10.1016/0021-9797(68)90272-5.Самойлович, М. И. Способ получения синтетического материала со структурой благородного опала: пат. Рос. Федерации № 2 162 456 С1 / М. И. Самойлович, С. М. Самойлович. Опубл. 27.01.2001.Samoylovich M. I., Samoylovich S. M. (2001) Method for Producing Synthetic Material with the Structure of Noble Opal. Russian Federation Patent No 2 162 456 C1. Publ. 27.01.2001 (in Russian).Photonic Band Gap Phenomenon and Optical Properties of Artificial Opals / V. N. Bogomolov [et al.] // Phys. Rev. E. 1997. Vol. 55. P. 7619–7625. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.55.7619.Bogomolov V. N., Gaponenko S. V., Germanenko I. N., Kapitonov A. M., Petrov E. P., Gaponenko N. V., et al. (1997) Photonic Band Gap Phenomenon and Optical Properties of Artificial Opals. Phys. Rev. E. 55, 7619–7625. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.55.7619.Three-Dimensional Photonic Band Gap Structures Doped with Tb<sup>3+</sup> Ions / N. V. Gaponenko [et al.] // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures: Reviews and Short Notes to Nanomeeting’2001. 2001. P. 214–220. https://doi.org/10.1142/9789812810076_0039.Gaponenko N. V., Shelekhina V. M., Prokhorov O. A., Vityaz P. A., Stupak A. P., Ponyavina A. N., et al. (2001) Three-Dimensional Photonic Band Gap Structures Doped with Tb<sup>3+</sup> Ions. Physics, Chemistry and Application of Nanostructures: Reviews and Short Notes to Nanomeeting’2001. 214–220. https://doi.org/10.1142/9789812810076_0039.Gaponenko, N. V. Sol-Gel Derived Films in Mesoporous Matrices: Porous Silicon, Anodic Alumina and Artificial Opals / N. V. Gaponenko // Synthetic Metals. 2001. Vol. 124, Nо 1. P. 125–130. https://doi.org/10.1016/S0379-6779(01)00447-7.Gaponenko N. V. (2001) Sol-Gel Derived Films in Mesoporous Matrices: Porous Silicon, Anodic Alumina and Artificial Opals. Synthetic Metals. 124 (1), 125–130. https://doi.org/10.1016/S0379-6779(01)00447-7.Towards 3D Photonic Crystals / V. M. Shelekhina [et al.] // Synthetic Metals. 2001. Vol. 124, Nо 1. P. 137–139. https://doi.org/10.1016/S0379-6779(01)00451-9.Shelekhina V. M., Prokhorov O. A., Vityaz P. A., Stupak A. P., Gaponenko S. V., Gaponenko N. V. (2001) Towards 3D Photonic Crystals. Synthetic Metals. 124 (1), 137–139. https://doi.org/10.1016/S0379-6779(01)00451-9.Phase Transition-Governed Opal-VO<sub>2</sub> Photonic Crystal / V. G. Golubev [et al.] // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 79, Nо 14. P. 2127–2129. https://doi.org/10.1063/1.1406144.Golubev V. G., Davydov V. Yu., Kartenko N. F., Kurdyukov D. A., Medvedev A. V., Pevtsov A. B., et al. (2001) Phase Transition-Governed Opal-VO<sub>2</sub> Photonic Crystal. Appl. Phys. Lett. 79 (14), 2127–2129. https://doi.org/10.1063/1.1406144.Controlling the Dynamics of Spontaneous Emission from Quantum Dots by Photonic Crystals / P. Lodahl [et al.] // Nature. 2004. Vol. 430. P. 654–657. https://doi.org/10.1038/nature02772.Lodahl P., van Driel A. F., Nikolaev I. S., Irman A., Overgaag K., Vanmaekelbergh D., et al. (2004) Controlling the Dynamics of Spontaneous Emission from Quantum Dots by Photonic Crystals. Nature. 430, 654–657. https://doi.org/10.1038/nature02772.Upconversion Luminescence from Sol-Gel-Derived Erbium- and Ytterbium-Doped BaTiO<sub>3</sub> Film Structures and the Target Form / N. V. Gaponenko [et al.] // Photonics. 2023. Vol. 10, Nо 4. https://doi.org/10.3390/photonics10040359.Gaponenko N. V., Staskov N. I., Sudnik L. V., Vityaz P. A., Luchanok A. R., Karnilava Yu. D., et al. (2023) Upconversion Luminescence from Sol-Gel-Derived Erbium- and Ytterbium-Doped BaTiO<sub>3</sub> Film Structures and the Target Form. Photonics. 10 (4). https://doi.org/10.3390/photonics10040359.Modification of Erbium Photoluminescence Excitation Spectra for the Emission Wavelength 1.54 µm in Mesoscopic Structures / N. V. Gaponenko [et al.] // Journal of Luminescence. 2006. Vol. 121. P. 217–221. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2006.07.015.Gaponenko N. V., Unuchak D. M., Mudryi A. V., Malyarevich G. K., Gusev O. B., Stepikhova M. V., et al. (2006) Modification of Erbium Photoluminescence Excitation Spectra for the Emission Wavelength 1.54 µm in Mesoscopic Structures. Journal of Luminescence. 121, 217–221. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2006.07.015.

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