Solarisationserscheinungen an cer- und arsenhaltigen Kalk-Natronsilicatgläsern

Abstract

Α model glass of molar percentage composition 74 SiO2, 16 Na20, 10 CaO was doped with various polyvalent elements such as Fe203 (0,04 %) CeO2 (0,12 %), As2O3 (0,11 %). Optical absorption and electron spin resonance measurements were made on the base glass and the doped samples both before and after UV irradiation. The solarization phenomena reveal themselves by changes in the valence of the polyvalent elements or by the formation of electron hole pairs. In particular the different solarization phenomena of glasses with iron impurity can be observed when they are decolorized with either arsenic or cerium. Whilst UV Irradiation of cerium decolorized glasses causes an increase in Fe-+ ions and thus a decrease in infrared transmission arsenic decolorized glasses behave in the opposite way, that is the transmission increases because of a decrease in Fe^2+. The formation of electron hole pairs was only observed in the base glass and in arsenic doped glasses. The experimentally determined solarization behaviour of the doped glasses led to predictions about radiation induced dopant-specific electron formation rates and these then help to explain the type of valence changes or electron hole pair formation. Un verre modele de composition molaire 74 SiO2,16 Na20, 10 CaO est dope avec un seul des elements presentant plusieurs valences comme Fe2O3 (0,04 %), Ce02 (0,12%) et As2O3 (0,11 %), ainsi qu'avec Fe2O3 + CeO2 et Fe2O3 + As2O3. On presente les spectres d'absorption optique et de resonance paramagnetique electronique du verre de base et des verres dopes avant et apres avoir ete soumis à une irradiation ultraviolette. Les phenomenes de solarisation sont dus à un changement de valence des elements presentant plusieurs valences ou à la formation de paires d'electron-trou. On a pu notamment mettre en evidence la solarisation differente des verres contenant des impuretes de fer qui sont decolores, soit par As2O3, soit par CeO2. L'irradiation UV provoque dans les verres decolores par le cerium une augmentation en ions Fe^2+ et par consequent une diminution de la transmission dans l'infrarouge, alors que l'on constate un comportement contraire dans les verres decolores par l'arsenic par suite d'une diminution en ions Fe^2+ qui entraine une elevation de la transmission. La formation de paires d'electron-trou ne s'observe que dans le verre de base et dans le verre dope à l'arsenic. La solarisation mise en evidence experimentalement dans les verres dopes differemment, laisse supposer des vitesses de formation d'electrons induits par rayonnement et specifiques des elements de dopage, qui exphquent ensuite natureUement le type de changement de valence et la formation de paires d'electron-trou. Ein Modellglas der Zusammensetzung 74 SiO2, 16 Na2O, 10 CaO (Stoffmengengehalt in %) wurde jeweils mit polyvalenten Elementen wie Fe2O3 (0,04 %), CeO2 (0,12 %) und As2O3 (0,11 %) dotiert, sowie in der Kombination von Fe2O3 mit CeO2 und Fe2O3 mit As2O3. Vom Grundglas und von den dotierten Gläsern wurden vor und nach einer UV-Bestrahlung lichtoptische und Elektronenspinresonanz(ESR)-Spektren aufgenommen. Die Solarisationserscheinungen äußern sich als Wertigkeitswechsel der polyvalenten Elemente oder an Hand der Bildung von Elektron-Loch-Paaren. Insbesondere konnte das unterschiedliche Solarisationsverhalten eisenverunreinigter Gläser, die entweder mit Arsenoxid oder Ceroxid entfärbt werden, nachvollzogen werden. Während bei cerentfärbten Gläsern die UV-Bestrahlung eine Zunahme an Fe2+ -Ionen und somit eine Abnahme der Transmission im Infraroten bewirkt, ist bei arsenentfärbten Gläsern ein gegenteiliges Verhalten festzustehen, d. h. die Transmission nimmt auf Grund einer Fe2+ -Abnahme zu. Die Bildung von Elektron-Loch-Paaren ist nur beim Grundglas und beim arsendotierten Glas zu beobachten. Das experimenteh ermittelte Solarisationsverhalten der unterschiedlich dotierten Gläser führt zur Annahme von strahlungsinduzierten, dotierungselementspezifischen Elektronenbildungsraten, die dann zwanglos die Art des Wertigkeitswechsels und die Bildung von Elektron-Loch-Paaren erklären.