Синтез, структура и спектральные свойства прозрачных стеклокристаллических материалов на основе нанокристаллов алюмоцинковой шпинели, допированных ионами Ti$^{3+}$

Исследованы структура и спектральные свойства прозрачных стеклокристаллических материалов цинковоалюмосиликатной системы, содержащих диоксид титана в качестве нуклеатора объемной кристаллизации. Материалы были получены вторичной термообработкой стекла, синтезированного в восстановительных условиях, и исследованы методами дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгенофазового анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния света, поглощения и люминесценции. Термообработка проводилась в интервале температур 720–1050$^\circ$С. Согласно данным рентгенофазового анализа, основной кристаллической фазой стеклокристаллических материалов является алюмоцинковая шпинель (ганит, gahnite) с кубической структурой и размером кристаллов от 6 до 14 nm в зависимости от температуры термообработки. При температуре 1000–1050$^\circ$С в образцах появляются также кристаллы TiO$_2$ (рутила, rutil). Объемная доля кристаллов ганита и рутила и их размеры растут с ростом температуры термообработки. Параметр элементарной ячейки нанокристаллов ганита составляет 8.083–8.120 $\mathring{\mathrm{A}}$, и его изменение происходит за счет вхождения ионов титана. В стеклокристаллических материалах наблюдается широкополосное поглощение в видимой и ближней ИК областях спектра, обусловленное вхождением ионов Ti$^{3+}$ в октаэдрические позиции (позиции ионов Al$^{3+}$) в структуре ганита. Согласно данным спектроскопии комбинационного рассеяния света, фазовые превращения в стекле, синтезированном в восстановительных условиях, аналогичны таковым в стеклах, синтезированных в окислительных условиях, что свидетельствует о малом влиянии ионов Ti$^{3+}$ на основные процессы формирования стеклокристаллических материалов. Люминесценция полученных материалов обусловлена суперпозицией люминесценции примесных ионов Cr$^{3+}$ и ионов Ti$^{3+}$ в октаэдрических позициях в нанокристаллах ганита (gahnite).