|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ СКАНДИЙ-ИТТРИЕВЫХ ФОСФАТОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ИОНАМИ ЕВРОПИЯдипломная работа (Магистр)
- Научный руководитель: Возняк (Левушкина) В.С.
- Автор: Арапова Анастасия Алексеевна
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, кафедра оптики, спектроскопии и физики наносистем
- Год защиты: 2022
- Аннотация: Фосфатные соединения привлекают значительное внимание благодаря тому, что обладают не только превосходными люминесцентными свойствами, но и высокой термической, радиационной и химической стабильностью. В последнее время люминесцентные свойства ортофосфатов, легированных различными редкоземельными элементами (РЗЭ), широко исследуются из-за возможности их использования в различных областях. Например, YPO4:Tb3+ может использоваться в плазменных панелях, а YPO4:Nd3+ является перспективным сцинтилляционным материалом. ScPO4:Eu3+ также обладает всеми необходимыми свойствами для использования в качестве люминесцентного материала. Однако по сравнению с фосфатом иттрия исследование люминесцентных свойств данного соединения проведено менее детально. Тем не менее в литературе есть информация о потенциальном применении ScPO4:Eu3+,Tb3+ в белых светодиодаx, а ScPO4 в детекторах ионизирующего излучения. Другим перспективным применением фосфатов может быть использование их в бесконтактной оптической термометрии. Отдельная область люминесцентных исследований – твердые растворы замещения вида AxB1-xPO4, где x – концентрация одного из компонентов раствора. Преимущество создания твердого раствора состоит в возможности модификации его физических, механических и электронных свойств по сравнению с кристаллами, его составляющими. Изменяя относительную концентрацию замещаемых катионов, можно влиять на такие характеристики, как постоянные кристаллической решетки, ширина запрещенной зоны, глубина и количество ловушек, что как следствие приводит к изменению времени затухания люминесценции, увеличение температурной стабильности. В последнее время активно исследуются твердые растворы на основе YPO4. Несмотря на то, что фосфат иттрия исследуется в качестве люминофора более 50 лет, он продолжает быть актуальным для исследования. Так, была продемонстрирована возможность управлять глубиной электронных и дырочных ловушек для твердых растворов Y1-хLuxPO4, легированных различными ионами редкоземельных элементов. Предполагается, что это позволит разработать новые оптические накопители и люминофоры. Случайное распределение катионов замещения в твердых растворах LuxY1-xPO4:Eu3+ приводит к уширению и смещению полос люминесценции Eu3+, что позволяет провести тонкую настройку их люминесцентных характеристик. В этой же работе было показано, что переходы 4f-4f Eu3+ могут служить чувствительным зондом для определения локальной симметрии узлов, занятых РЗЭ. Другой важный эффект, который также часто регистрируют в твердых растворах – нелинейная зависимость интенсивности люминесценции или светового выхода сцинтилляций от относительной концентрации замещаемых катионов. Максимальная интенсивность люминесценции в твердых растворах обычно наблюдается при 40-60 % содержании одного из катионов замещения. Например, для твердого раствора Gd0,5Y0,5PO4:Tb3+ наблюдалось двукратное увеличение интенсивности свечения по сравнению с YPO4:Tb3+. Эффект был приписан особенностям морфологии и фазового состава исследуемого твердого раствора. Стоит отметить, что не всегда происходит увеличение интенсивности люминесценции. Например, для LuxY1-xBO3:Ce3+ наблюдалась линейная зависимость интенсивности свечения, что связывают с возникновением второй кристаллической фазы при определенной концентрации катионов замещения. Для LuxY1-xPO4:Eu3+, наоборот, было получено уменьшение светового выхода для смешанных систем при возбуждении в области вакуумного ультрафиолета. Авторы работы объясняют такую зависимость более высокой подвижностью низкоэнергетических электронов проводимости в соединениях с лютецием. Тем не менее, в большинстве случаев переход к твердым растворам позволяет получить соединения с улучшенными характеристиками, что делает перспективным изучение новых (неисследованных) твердых растворов. Также путем создания твердого раствора возможно добиться увеличения температурной стабильности люминесценции. Температурная стабильность является одной из важнейших характеристик люминофора, например, в оптоэлектронных приложениях, таких как светодиоды большой мощности. Так, для твердых растворов Ba1.8−xSrxSiO4:Ce3+ наилучшей температурной стабильность обладает образец с x = 0,4 – интенсивность люминесценции образца при 150 °C остается на уровне 90% от таковой при комнатной температуре. Согласно расчетам, приведенным в статье, указанный образец обладает наибольшим значением энергии активации температурного тушения. Более высокое значение энергии активации указывает на меньшую скорость безызлучательных переходов при той же температуре. В данной работе были исследованы твердые растворы ScxY1-xPO4, легированные 0.5мол% Eu3+. Крайние составы ScPO4:Eu3+ и YPO4:Eu3+ выбранного для исследования твердого раствора являются хорошо зарекомендовавшими себя люминофорами. Создание на их основе твердого раствора может привести к улучшению уже имеющихся у ScPO4:Eu3+ и YPO4:Eu3+ люминесцентных характеристик. Целью данной работы является определение влияния кристаллической структуры, особенностей электронной структуры на люминесцентные свойства и на процессы переноса энергии возбуждения на центры свечения твердых растворов ScxY1-xPO4, активированных ионами Eu3+, а также оценка перспективности их использования в бесконтактной термометрии.
- Добавил в систему: Возняк (Левушкина) Виктория Сергеевна