ФОТО- И РАДИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ НОВЫХ ДВОЙНЫХ ВАНАДАТОВ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ
Актуальность темы. Одна из актуальных проблем физики конденсированного состояния связана с поиском и разработкой люминесцентных материалов, пригодных для создания эффективных источников света и радиационных детекторных материалов нового поколения. Значительная доля используемых сегодня люминесцентных материалов создана на базе оксидных соединений со сложными анионами, отлично зарекомендовавшими себя в качестве сенсорных сред сцинтилляционной и термолюминесцентной техники, активных сред квантовой, интегральной, нелинейной и силовой оптики, ап-конверсионных (up-conversion) сред, а также материалов для производства светодиодных систем.
Среди оксидных систем со сложным анионами материалы на базе простых ванадатов получили наиболее широкое распространение благодаря своим уникальным люминесцентным характеристикам. На основе ортованадатов элементов II и III групп таблицы Менделеева разработаны люминофоры с красным свечением для цветного телевидения (YVO4:Eu3+), активные среды для лазеров (YVO4:Nd3+, YVO4:Er3+, YVO4:Tm3+, YVO4:Ho3+, YVO4:Yb3+, Ca3(VO4)2:Nd3+), люминесцентные экраны со спектром свечения в синем ((Y, Gd, Lu)VO4, X = 470¬480 нм), зеленом (ScVO4, X = 510-520 нм) и красном (LuVO4, X = 600-610 нм) диапазонах. На базе ванадата GdVO4предложены материалы волоконной оптики. Из ванадатов CsVO3и RbVO3созданы нанопокрытия на полимерной основе с квантовым выходом до 87 %, предназначенные для новых бестеневых источников белого света с адаптированными для человеческого глаза характеристиками.
Последние успехи в области создания оксидных систем со сложными анионами показали принципиальную возможность синтеза нового класса неорганических люминофоров - сложных двойных ванадатов с катионными подрешетками из элементов I и II групп таблицы Менделеева, которые наравне с перечисленными выше простыми ванадатами представляют интерес для создания эффективных люминесцентных материалов. Выполненные нами пилотные исследования новых, впервые синтезированных и ранее не изучавшихся двойных ванадатов показали, что они обладают интенсивной широкополосной люминесценцией в видимой и ближней ИК-областях, что актуально для создания источников белого света с адаптированными для человеческого глаза цветовыми характеристиками, а также эффективных радиационных детекторных материалов. Систематические исследования двойных ванадатов с катионными подрешетками из элементов I и II групп таблицы Менделеева ранее не проводились.
Работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и в рамках гранта НИР «Новые перспективные люминесцентные материалы» (проект «У.М.Н.И.К.»).
Цель и задачи исследования. В плане расширения круга поиска новых эффективных люминесцентных материалов для различных нужд и приложений на основе ванадатов необходимо провести исследования процессов фото- и радиолюминесценции, электронной структуры и диссипативных процессов, включая светозапасание, новых, впервые синтезированных и ранее не изученных двойных тетраметаванадатов вида Мх28г(¥О3)4 (М1 = Ыа, К, ЯЬ, СБ), Ыа2Са(¥О3)4, Лд2М1Х(¥О3)4 (где М11 = Са, Бг), гексаметаванадатов вида К4Бг(¥О3)6 и М14Ва(УО3)6 (где М1 = К, ЯЬ, СБ), пированадатов вида К2Мд¥2О7, Мх2Са¥2О7 (где М1 = К, ЯЬ, СБ), М122Н¥2О7 (где М1 = Ыа, К, ЯЬ), ортованадатов вида КБг¥О4 и ЯЬМП¥О4 (где М11 = Са, Бг, Ва).
Намеченные поисковые исследования связаны с решением следующих задач:
- систематическое измерение, обработка и анализ спектров фото- (ФЛ), рентгено- (РЛ), импульсной катодо- (ИКЛ) и ионолюминесценции (ИЛ) новых двойных ванадатов;
- изучение закономерностей влияния кристаллической структуры и состава новых двойных ванадатов на характеристики их люминесценции;
- измерение и анализ кривых термостимулированной люминесценции (ТСЛ) новых двойных ванадатов. Уточнение математического аппарата для анализа кривых ТСЛ и определения характеристик центров захвата носителей заряда;
- квантово-химическое моделирование дефектных и бездефектных структур и расчет энергетических спектров новых двойных ванадатов;
- построение моделей центров свечения и процессов диссипации электронных возбуждений в новых двойных ванадатах, их обоснование и подтверждение экспериментальными результатами.
Научная новизна
1. Впервые систематически исследованы люминесцентные свойства новых двойных ванадатов при различных условиях возбуждения с использованием импульсных электронных пучков, циклотронных пучков ионов Не+, а также излучения УФ, ВУФ и рентгеновского диапазонов. Установлено влияние температуры, катионного состава и кристаллической структуры на спектральные характеристики фото- и радиолюминесценции новых двойных ванадатов.
2. Впервые проведен анализ полос люминесценции новых двойных ванадатов с применением методов численного моделирования с прогрессивным критерием оценки точности результата на базе технологии электронных таблиц.
3. Впервые исследованы ТСЛ новых двойных ванадатов. Впервые применена модифицированная математическая модель кинетики релаксационных процессов для анализа ТСЛ. Определены основные характеристики центров захвата носителей заряда: энергия активации ловушек, значение частотных факторов, вид кинетики процессов.
4. Посредством квантово-химических расчетов в рамках метода DFT идеальных и дефектных структур новых двойных ванадатов установлено, что в двойных ванадатах валентная зона формируется за счет сильно гибридизованных 2р орбиталей ионов кислорода, а зона проводимости - за счет 3d орбиталей ионов ванадия. Установлено, что электронный переход O2p^V3d ответственен за возбуждение люминесценции.
5. Предложена расширенная схема диссипации электронных возбуждений в новых двойных ванадатах и связанные с ней модели центров свечения.
Практическая значимость работы
1. Предложен состав нового люминофора и способ его получения на основе серебросодержащих ванадатов со свечением в красном и ближнем инфракрасном диапазонах (патент РФ №2336294 от 20.10.2008 г).
2. Для проведения первичных экспериментов по возбуждению люминесценции ванадатов предложен новый излучатель ВУФ-диапазона (патент РФ №2277234 от 27.05.2006 г.)
3. Полученные в исследовании сведения о спектрах фото- и радиолюминесценции, спектрах возбуждения, кривых термовысвечивания, кинетических и цветовых характеристиках 22 новых индивидуальных соединений двойных ванадатов носят справочный характер и могут быть использованы в статьях, обзорах и монографиях по данной тематике.
4. Указано на перспективность применения ванадатов в качестве люминофоров для неорганических светоизлучающих диодов с белым свечением, а также в качестве добавок к органическим светодиодам (OLED).
5. Предложено использовать кристаллофосфоры на основе двойных ванадатов в качестве ТЛД детекторов сопровождения ВТСП элементов и конструкций, работающих в радиационных полях.
Защищаемые положения
На защиту выносятся результаты систематических исследований радиационно-оптических свойств (спектрально-кинетические характеристики спектров собственной фото-, рентгено-, импульсной катодо- и ионолюминесценции, а также характеристики процессов светозапасания под действием радиации) новых двойных тетрамета-, гексамета-, пиро- и ортованадатов, которые сводятся к ниже следующим основным положениям
1. Для новых двойных ванадатов характерна неэлементарность полос собственной фото- и радиолюминесценции, при этом интенсивность люминесценции (световыход), позиции максимумов полос свечения и полос возбуждения, полуширины полос свечения и цветовые координаты закономерно зависят от катионного состава подклассов двойных ванадатов, их структурных параметров и от вида возбуждения. Обнаруженный эффект аномального смещения максимумов спектров люминесценции двойных ванадатов при понижении температуры объясняется различной температурной зависимостью вероятности излучательной релаксации элементарных компонентов конкурирующих подполос свечения.
2. Термостимулированная люминесценция двойных ванадатов, связанная с процессами диссипации электронных возбуждений, вызванных радиацией, при температурах ниже комнатной обусловлена в основном электронными возбуждениями дырочных парамагнитных кислородных центров О-. Пики ТСЛ при температуре выше комнатной могут быть связаны с электронными ловушечными центрами в виде нейтральных кислородных вакансий.
3. Собственная люминесценция двойных ванадатов связана с излучательным переходом в основное синглетное состояние [УО4]3--центра, находящегося в возбужденном триплетном состоянии, образующемся после безызлучательного релаксационного взаимодействия дырочного О--центра со свободным или квазисвободным электроном. Возбуждение люминесценции двойных ванадатов осуществляется путем переноса электрона с 2р-орбиталей кислорода на вакантные 36-уровни ванадия. Предложенная схема для процессов собственной люминесценции в ванадатах учитывает также эффекты фотопроводимости и фотокатализа.
4. В двойных ванадатах валентная зона формируется за счет сильно гибридизованных 2р орбиталей ионов кислорода, а зона проводимости - за счет 36 орбиталей ионов ванадия. Возбуждение люминесценции в ванадатах связано с межзонным переносом заряда О2р^У36. В тетрамета- и гексаметаванадатах нейтральные кислородные вакансии ответственны за появление дополнительных электронных состояний в запрещенной зоне этих соединений, при этом глубина залегания заполненных энергетических уровней нейтральных кислородных вакансий больше у дефекта в позиции мостикового иона, нежели у дефекта в позиции терминального иона кислорода в ванадийкислородном тетраэдре [УО4]3-.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены и обсуждены на следующих конференциях: 13-й Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов RPC-13 (Томск, 2006); 8-й Международной конференции по неорганическим сцинтилляторам и их применении в науке и промышленности (Украина, Харьков, 2006); 12-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков (Новосибирск, 2006); 4-й Национальной кристаллохимической конференции (Черноголовка, 2006); 10-й Международной конференции по радиационным дефектам в диэлектриках (Италия, Милан, 2006); 6-й Международной конференции по неорганическим материалам (Германия, Дрезден, 2008); 4-м Уральском семинаре с международным участием «Люминесцентные материалы и твердотельные детекторы ионизирующих излучений ТТД-2008» (Екатеринбург, 2008); 10-й Международной конференции по неорганическим сцинтилляторам и их промышленному применению SCINT-2009 (Korea, Jeju, 2009); 14-й Международной конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов RPC-14 (Казахстан, Астана, 2009).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 26 научных работах, в том числе в 8 статьях в реферируемых российских и зарубежных периодических научных изданиях, а также в монографии. Результаты работы защищены патентом РФ на изобретение.
Личный вклад автора. С непосредственным участием автора выполнены все измерения, кроме ВУФ-спектроскопических исследований на накопителе DESY. Обработка и анализ всех экспериментальных данных (включая ВУФ-данные), их интерпретация в рамках новых моделей, разработка самих моделей, подготовка научных публикаций для печати, а также формулировка защищаемых положений и выводов по диссертации проведены автором. Анализ результатов квантово-химических расчетов, выполненных в рамках совместных работ c А. Н. Руденко и А. Л. Ивановским, проведен автором работы.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации - 229 страниц текста, включая 149 рисунков, 26 таблиц и список литературы, содержащий 244 источника.
Среди оксидных систем со сложным анионами материалы на базе простых ванадатов получили наиболее широкое распространение благодаря своим уникальным люминесцентным характеристикам. На основе ортованадатов элементов II и III групп таблицы Менделеева разработаны люминофоры с красным свечением для цветного телевидения (YVO4:Eu3+), активные среды для лазеров (YVO4:Nd3+, YVO4:Er3+, YVO4:Tm3+, YVO4:Ho3+, YVO4:Yb3+, Ca3(VO4)2:Nd3+), люминесцентные экраны со спектром свечения в синем ((Y, Gd, Lu)VO4, X = 470¬480 нм), зеленом (ScVO4, X = 510-520 нм) и красном (LuVO4, X = 600-610 нм) диапазонах. На базе ванадата GdVO4предложены материалы волоконной оптики. Из ванадатов CsVO3и RbVO3созданы нанопокрытия на полимерной основе с квантовым выходом до 87 %, предназначенные для новых бестеневых источников белого света с адаптированными для человеческого глаза характеристиками.
Последние успехи в области создания оксидных систем со сложными анионами показали принципиальную возможность синтеза нового класса неорганических люминофоров - сложных двойных ванадатов с катионными подрешетками из элементов I и II групп таблицы Менделеева, которые наравне с перечисленными выше простыми ванадатами представляют интерес для создания эффективных люминесцентных материалов. Выполненные нами пилотные исследования новых, впервые синтезированных и ранее не изучавшихся двойных ванадатов показали, что они обладают интенсивной широкополосной люминесценцией в видимой и ближней ИК-областях, что актуально для создания источников белого света с адаптированными для человеческого глаза цветовыми характеристиками, а также эффективных радиационных детекторных материалов. Систематические исследования двойных ванадатов с катионными подрешетками из элементов I и II групп таблицы Менделеева ранее не проводились.
Работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и в рамках гранта НИР «Новые перспективные люминесцентные материалы» (проект «У.М.Н.И.К.»).
Цель и задачи исследования. В плане расширения круга поиска новых эффективных люминесцентных материалов для различных нужд и приложений на основе ванадатов необходимо провести исследования процессов фото- и радиолюминесценции, электронной структуры и диссипативных процессов, включая светозапасание, новых, впервые синтезированных и ранее не изученных двойных тетраметаванадатов вида Мх28г(¥О3)4 (М1 = Ыа, К, ЯЬ, СБ), Ыа2Са(¥О3)4, Лд2М1Х(¥О3)4 (где М11 = Са, Бг), гексаметаванадатов вида К4Бг(¥О3)6 и М14Ва(УО3)6 (где М1 = К, ЯЬ, СБ), пированадатов вида К2Мд¥2О7, Мх2Са¥2О7 (где М1 = К, ЯЬ, СБ), М122Н¥2О7 (где М1 = Ыа, К, ЯЬ), ортованадатов вида КБг¥О4 и ЯЬМП¥О4 (где М11 = Са, Бг, Ва).
Намеченные поисковые исследования связаны с решением следующих задач:
- систематическое измерение, обработка и анализ спектров фото- (ФЛ), рентгено- (РЛ), импульсной катодо- (ИКЛ) и ионолюминесценции (ИЛ) новых двойных ванадатов;
- изучение закономерностей влияния кристаллической структуры и состава новых двойных ванадатов на характеристики их люминесценции;
- измерение и анализ кривых термостимулированной люминесценции (ТСЛ) новых двойных ванадатов. Уточнение математического аппарата для анализа кривых ТСЛ и определения характеристик центров захвата носителей заряда;
- квантово-химическое моделирование дефектных и бездефектных структур и расчет энергетических спектров новых двойных ванадатов;
- построение моделей центров свечения и процессов диссипации электронных возбуждений в новых двойных ванадатах, их обоснование и подтверждение экспериментальными результатами.
Научная новизна
1. Впервые систематически исследованы люминесцентные свойства новых двойных ванадатов при различных условиях возбуждения с использованием импульсных электронных пучков, циклотронных пучков ионов Не+, а также излучения УФ, ВУФ и рентгеновского диапазонов. Установлено влияние температуры, катионного состава и кристаллической структуры на спектральные характеристики фото- и радиолюминесценции новых двойных ванадатов.
2. Впервые проведен анализ полос люминесценции новых двойных ванадатов с применением методов численного моделирования с прогрессивным критерием оценки точности результата на базе технологии электронных таблиц.
3. Впервые исследованы ТСЛ новых двойных ванадатов. Впервые применена модифицированная математическая модель кинетики релаксационных процессов для анализа ТСЛ. Определены основные характеристики центров захвата носителей заряда: энергия активации ловушек, значение частотных факторов, вид кинетики процессов.
4. Посредством квантово-химических расчетов в рамках метода DFT идеальных и дефектных структур новых двойных ванадатов установлено, что в двойных ванадатах валентная зона формируется за счет сильно гибридизованных 2р орбиталей ионов кислорода, а зона проводимости - за счет 3d орбиталей ионов ванадия. Установлено, что электронный переход O2p^V3d ответственен за возбуждение люминесценции.
5. Предложена расширенная схема диссипации электронных возбуждений в новых двойных ванадатах и связанные с ней модели центров свечения.
Практическая значимость работы
1. Предложен состав нового люминофора и способ его получения на основе серебросодержащих ванадатов со свечением в красном и ближнем инфракрасном диапазонах (патент РФ №2336294 от 20.10.2008 г).
2. Для проведения первичных экспериментов по возбуждению люминесценции ванадатов предложен новый излучатель ВУФ-диапазона (патент РФ №2277234 от 27.05.2006 г.)
3. Полученные в исследовании сведения о спектрах фото- и радиолюминесценции, спектрах возбуждения, кривых термовысвечивания, кинетических и цветовых характеристиках 22 новых индивидуальных соединений двойных ванадатов носят справочный характер и могут быть использованы в статьях, обзорах и монографиях по данной тематике.
4. Указано на перспективность применения ванадатов в качестве люминофоров для неорганических светоизлучающих диодов с белым свечением, а также в качестве добавок к органическим светодиодам (OLED).
5. Предложено использовать кристаллофосфоры на основе двойных ванадатов в качестве ТЛД детекторов сопровождения ВТСП элементов и конструкций, работающих в радиационных полях.
Защищаемые положения
На защиту выносятся результаты систематических исследований радиационно-оптических свойств (спектрально-кинетические характеристики спектров собственной фото-, рентгено-, импульсной катодо- и ионолюминесценции, а также характеристики процессов светозапасания под действием радиации) новых двойных тетрамета-, гексамета-, пиро- и ортованадатов, которые сводятся к ниже следующим основным положениям
1. Для новых двойных ванадатов характерна неэлементарность полос собственной фото- и радиолюминесценции, при этом интенсивность люминесценции (световыход), позиции максимумов полос свечения и полос возбуждения, полуширины полос свечения и цветовые координаты закономерно зависят от катионного состава подклассов двойных ванадатов, их структурных параметров и от вида возбуждения. Обнаруженный эффект аномального смещения максимумов спектров люминесценции двойных ванадатов при понижении температуры объясняется различной температурной зависимостью вероятности излучательной релаксации элементарных компонентов конкурирующих подполос свечения.
2. Термостимулированная люминесценция двойных ванадатов, связанная с процессами диссипации электронных возбуждений, вызванных радиацией, при температурах ниже комнатной обусловлена в основном электронными возбуждениями дырочных парамагнитных кислородных центров О-. Пики ТСЛ при температуре выше комнатной могут быть связаны с электронными ловушечными центрами в виде нейтральных кислородных вакансий.
3. Собственная люминесценция двойных ванадатов связана с излучательным переходом в основное синглетное состояние [УО4]3--центра, находящегося в возбужденном триплетном состоянии, образующемся после безызлучательного релаксационного взаимодействия дырочного О--центра со свободным или квазисвободным электроном. Возбуждение люминесценции двойных ванадатов осуществляется путем переноса электрона с 2р-орбиталей кислорода на вакантные 36-уровни ванадия. Предложенная схема для процессов собственной люминесценции в ванадатах учитывает также эффекты фотопроводимости и фотокатализа.
4. В двойных ванадатах валентная зона формируется за счет сильно гибридизованных 2р орбиталей ионов кислорода, а зона проводимости - за счет 36 орбиталей ионов ванадия. Возбуждение люминесценции в ванадатах связано с межзонным переносом заряда О2р^У36. В тетрамета- и гексаметаванадатах нейтральные кислородные вакансии ответственны за появление дополнительных электронных состояний в запрещенной зоне этих соединений, при этом глубина залегания заполненных энергетических уровней нейтральных кислородных вакансий больше у дефекта в позиции мостикового иона, нежели у дефекта в позиции терминального иона кислорода в ванадийкислородном тетраэдре [УО4]3-.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены и обсуждены на следующих конференциях: 13-й Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов RPC-13 (Томск, 2006); 8-й Международной конференции по неорганическим сцинтилляторам и их применении в науке и промышленности (Украина, Харьков, 2006); 12-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков (Новосибирск, 2006); 4-й Национальной кристаллохимической конференции (Черноголовка, 2006); 10-й Международной конференции по радиационным дефектам в диэлектриках (Италия, Милан, 2006); 6-й Международной конференции по неорганическим материалам (Германия, Дрезден, 2008); 4-м Уральском семинаре с международным участием «Люминесцентные материалы и твердотельные детекторы ионизирующих излучений ТТД-2008» (Екатеринбург, 2008); 10-й Международной конференции по неорганическим сцинтилляторам и их промышленному применению SCINT-2009 (Korea, Jeju, 2009); 14-й Международной конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов RPC-14 (Казахстан, Астана, 2009).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 26 научных работах, в том числе в 8 статьях в реферируемых российских и зарубежных периодических научных изданиях, а также в монографии. Результаты работы защищены патентом РФ на изобретение.
Личный вклад автора. С непосредственным участием автора выполнены все измерения, кроме ВУФ-спектроскопических исследований на накопителе DESY. Обработка и анализ всех экспериментальных данных (включая ВУФ-данные), их интерпретация в рамках новых моделей, разработка самих моделей, подготовка научных публикаций для печати, а также формулировка защищаемых положений и выводов по диссертации проведены автором. Анализ результатов квантово-химических расчетов, выполненных в рамках совместных работ c А. Н. Руденко и А. Л. Ивановским, проведен автором работы.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации - 229 страниц текста, включая 149 рисунков, 26 таблиц и список литературы, содержащий 244 источника.
Основные результаты диссертационной работы состоят в ниже следующем
1. Измерены, систематизированы и интерпретированы спектры ФЛ, РЛ, ИКЛ, ИЛ и кривые ТСЛ новых, впервые синтезированных и ранее не изученных двойных тетраметаванадатов вида Мх28г(¥О3)4 (М1 = Ыа, К, ЯЬ, СБ), Ыа2Са(¥О3)4, Лд2М1Х(¥О3)4 (где М11 = Са, 8г), двойных гексаметаванадатов вида К48г(¥О3)6 и М14Ва(УО3)б (где М1 = К, ЯЬ, СБ), двойных пированадатов вида К2Мд¥2О7, Мх2Са¥2О7 (где М1 = К, ЯЬ, СБ), МХ22П¥2О7 (где М1 = Ыа, К, ЯЬ) и двойных ортованадатов вида К8г¥О4 и ЯЬМП¥О4 (где М11 = Са, 8г, Ва).
2. Установлено смещение позиции максимума люминесценции новых двойных ванадатов в сторону больших длин волн при понижении температуры. Предложено объяснение эффекта, основанное на гипотезе о неэлементарности полосы свечения и различной температурной зависимости вероятности излучательной релаксации составляющих ее компонент.
3. Обнаружены зависимости интенсивности и позиций максимумов полос люминесценции для новых двойных ванадатов от их состава и кристаллической структуры. Установлено, что при увеличении радиуса одновалентного катиона происходит значительное увеличение световыхода и сдвиг максимума спектра люминесценции в область меньших длин волн.
4. Температурная зависимость световыхода люминесценции новых двойных ванадатов значительно отличается для составов, содержащих связанные друг с другом и обособленные одна от другой ванадий-кислородные группы. У составов с обособленными группами (ортованадаты) температура тушения люминесценции на порядок выше, чем у составов со связанными группами (мета- и пированадаты).
5. Предложены модели центров захвата и модифицированная математическая модель для анализа ТСЛ в новых двойных ванадатах. Рассчитаны основные характеристики центров захвата носителей заряда.
6. Интерпретированы расчеты плотности электронных состояний в рамках метода функционала плотности. Рассчитаны основные характеристики энергетических зон в новых двойных ванадатах. Установлено, что возбуждение люминесценции ванадатов связано с переносом заряда O2p^V3d. Проведено квантово-химическое моделирование точечных дефектов вакансионного типа.
7. Предложена расширенная схема диссипации электронных возбуждений в новых двойных ванадатах, учитывающая процессы светозапасания. Предложены модели центров свечения на основе О--центров.
Автор выражает глубокую благодарность руководителю работы проф. Б. В. Шульгину, научному консультанту доц. А. Н. Черепанову, проф. В. А. Пустоварову за помощь в проведении экспериментальных исследований; проф. Б. В. Слободину и Л. Л. Сурат за предоставленные аттестованные образцы двойных ванадатов; проф. В. Г. Зубкову за расшифровку кристаллической структуры новых ванадатов.
1. Измерены, систематизированы и интерпретированы спектры ФЛ, РЛ, ИКЛ, ИЛ и кривые ТСЛ новых, впервые синтезированных и ранее не изученных двойных тетраметаванадатов вида Мх28г(¥О3)4 (М1 = Ыа, К, ЯЬ, СБ), Ыа2Са(¥О3)4, Лд2М1Х(¥О3)4 (где М11 = Са, 8г), двойных гексаметаванадатов вида К48г(¥О3)6 и М14Ва(УО3)б (где М1 = К, ЯЬ, СБ), двойных пированадатов вида К2Мд¥2О7, Мх2Са¥2О7 (где М1 = К, ЯЬ, СБ), МХ22П¥2О7 (где М1 = Ыа, К, ЯЬ) и двойных ортованадатов вида К8г¥О4 и ЯЬМП¥О4 (где М11 = Са, 8г, Ва).
2. Установлено смещение позиции максимума люминесценции новых двойных ванадатов в сторону больших длин волн при понижении температуры. Предложено объяснение эффекта, основанное на гипотезе о неэлементарности полосы свечения и различной температурной зависимости вероятности излучательной релаксации составляющих ее компонент.
3. Обнаружены зависимости интенсивности и позиций максимумов полос люминесценции для новых двойных ванадатов от их состава и кристаллической структуры. Установлено, что при увеличении радиуса одновалентного катиона происходит значительное увеличение световыхода и сдвиг максимума спектра люминесценции в область меньших длин волн.
4. Температурная зависимость световыхода люминесценции новых двойных ванадатов значительно отличается для составов, содержащих связанные друг с другом и обособленные одна от другой ванадий-кислородные группы. У составов с обособленными группами (ортованадаты) температура тушения люминесценции на порядок выше, чем у составов со связанными группами (мета- и пированадаты).
5. Предложены модели центров захвата и модифицированная математическая модель для анализа ТСЛ в новых двойных ванадатах. Рассчитаны основные характеристики центров захвата носителей заряда.
6. Интерпретированы расчеты плотности электронных состояний в рамках метода функционала плотности. Рассчитаны основные характеристики энергетических зон в новых двойных ванадатах. Установлено, что возбуждение люминесценции ванадатов связано с переносом заряда O2p^V3d. Проведено квантово-химическое моделирование точечных дефектов вакансионного типа.
7. Предложена расширенная схема диссипации электронных возбуждений в новых двойных ванадатах, учитывающая процессы светозапасания. Предложены модели центров свечения на основе О--центров.
Автор выражает глубокую благодарность руководителю работы проф. Б. В. Шульгину, научному консультанту доц. А. Н. Черепанову, проф. В. А. Пустоварову за помощь в проведении экспериментальных исследований; проф. Б. В. Слободину и Л. Л. Сурат за предоставленные аттестованные образцы двойных ванадатов; проф. В. Г. Зубкову за расшифровку кристаллической структуры новых ванадатов.