📄Работа №131952
Тема: Красноизлучающий люминофор CaBi2B4O10:Eu+3:допирование, кристаллическая структура, термическое расширение и оптические свойства
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
геология и минералогия
Объем:
34 листов
Год:
2021
Просмотров:
79
4350
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение
1. Глава 1. Общие сведения по кристаллохимии боратов и соединениям систем CaO–Bi2O3–B2O3, SrO–Bi2O3–B2O3 (обзор литературы) 5
1.1. Структура, классификация, распространение боратов в природе 5
1.2. Системы CaO–Bi2O3–B2O3,SrO–Bi2O3–B2O3 8
1.2.1. Структура CaBi2B2O7 10
1.2.2. Структура SrBi2B4O10 11
2. Глава 2. Методы синтеза и исследований 12
2.1. Синтез 12
2.2. Методы исследований 12
3. Глава 3. Результаты исследований
3.1. Результаты ДСК 15
3.2. Порошковая рентгенография 15
3.3. Кристаллическая структура 17
3.4. Колебательная спектроскопия 19
3.5. Термическое расширение 21
3.6. Оптические свойства 24
3.7. Сопоставление люминесцентных свойств 29
Заключение 28
Список литературы 30
Приложение А
1. Глава 1. Общие сведения по кристаллохимии боратов и соединениям систем CaO–Bi2O3–B2O3, SrO–Bi2O3–B2O3 (обзор литературы) 5
1.1. Структура, классификация, распространение боратов в природе 5
1.2. Системы CaO–Bi2O3–B2O3,SrO–Bi2O3–B2O3 8
1.2.1. Структура CaBi2B2O7 10
1.2.2. Структура SrBi2B4O10 11
2. Глава 2. Методы синтеза и исследований 12
2.1. Синтез 12
2.2. Методы исследований 12
3. Глава 3. Результаты исследований
3.1. Результаты ДСК 15
3.2. Порошковая рентгенография 15
3.3. Кристаллическая структура 17
3.4. Колебательная спектроскопия 19
3.5. Термическое расширение 21
3.6. Оптические свойства 24
3.7. Сопоставление люминесцентных свойств 29
Заключение 28
Список литературы 30
Приложение А
📖 Введение
Актуальность работы. Бор относится к главной подгруппе III группы с атомным номером 5, содержание кларкабора в земной коре невелико и составляет 1.2×10-3 %, однако из-за геохимических особенностей бор способен концентрироваться, формируя минералы и образуя месторождения. Бораты обладают рядом полезных свойств, таких как широкий диапазон прозрачности, высокий порог устойчивости к лазерному излучению, высокие значения нелинейно-оптических коэффициентов, разнообразие химического состава и кристаллических структур, все это обуславливает их значимость и актуальность использования в современных технических приложениях. На сегодняшний день бораты являются одним из самых изучаемых классов соединений. Преобладающими направлениями для исследований является их использование в качестве оптических материалов УФ и глубокого УФ, видимого и ИК диапазонов, и в качестве люминесцентных материалов.
Разнообразие структур боратных соединений объясняется склонностью атомов бора к sp2 и sp3 гибридизации, в ходе которой формируются треугольные (B(O,OH)3) и тетраэдрические (B(O,OH)4) радикалы, которые в последствии полимеризуются с образованием различных по геометрии боратных кластеров (полианионных группировок ([B3O6]3-, [B2O7]8- ,[B4O9]6- и др.)). Таким образом, бораты не только представляют из себя соединения с разнообразным сочетанием группировок из треугольных и тетраэдрических радикалов, но и могут служить обобщением структурного разнообразия как классов соединений с треугольной координацией бора (карбонаты, нитраты), так и для классов с тетраэдрическими радикалами (силикаты, фосфаты и др.) (Bubnova, Filatov, 2016; Kuznetsovetal., 2018).
В качестве нелинейно-оптических кристаллов в лазерных установках повсеместно используются β-BaB2O4 (ВВО) и LiB3O5 (LBO). Бораты так же используются в качестве матриц для люминофоров. Существуют бораты, обладающие собственной люминесценцией, например, Lu2Ba3B6O15 (Kolesnikovetal., 2020)Но более традиционным способом создания люминофора является допирование соединений редкоземельными или переходными металлами. Полученный в результате допирования редкоземельными ионами (Sc, Y, La-Lu) люминофор, может использоваться в качестве одного из компонентов для красного, зеленого и синего излучения в RGB-матрицах и устройствах освещения на базе LED-панелей. Ортобораты редких земель REBO3 (RE = Y, La, Gd, Lu), активированные Eu3+, Ce3+, Dy3+, Tb3+ давно вызывают большой научный интерес ввиду высокой интенсивности фотолюминесценции. Борат YBO3, активированный Eu3+, оказался эффективным материалом в качестве красной компоненты для чипа белоизлучающих светодиодов (WLED). В настоящей работе будут рассмотрены бораты, легированные Eu3+.
Тройные системы вида MO–Bi2O3–B2O3 (M = Ca, Sr, Ba) представляют практический интерес, как новые материалы для нелинейной оптики, стекольной промышленности и люминесценции. Соединения на основе оксида висмута представляют научный интерес ввиду своих уникальных свойств: больших значений показателя преломления, широкой области прозрачности в видимом и ИК-диапазонах. Благодаря высокой поляризуемости Bi3+ и наличию 6s2неподеленной электронной пары в системах с оксидом висмута могут реализовываться нецентросимметричные кристаллические структуры, характеризующиеся одновременным магнитным и электрическим упорядочением структур, пьезо-, сегнетоэлектрическими, сцинтилляционными, фоторефрактивными и другими полезными свойствами (Егорышева и др. 2009). Исследование соединений в подобных системах поможет в будущем синтезировать новые перспективные боратные материалы с выдающимися свойствами.
Целью работы был синтез, изучение термического расширения, расшифровка кристаллической структуры CaBi2B4O10и изучение оптических свойств твердых растворов CaBi2–xEuxB4O10 (x = 0; 0.01; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3).
Объекты исследования: соединение CaBi2B4O10и твердые растворыCaBi2–xEuxB4O10 (x = 0; 0.01; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3).
Работа выполнена на кафедре кристаллографии ИНЗ СПбГУ и в ИХС РАН. Синтез проводился в Лаборатории структурной химии оксидов ИХС РАН, рентгендифракционные исследования выполнены в РДМИ СПбГУ, оптические свойства измерены в Лазерном Центре СПбГУ.
Результаты работы опубликованы в статье (Shablinskiietal., 2020) и тезисах 6 докладов на международных и всероссийских конференциях.
Разнообразие структур боратных соединений объясняется склонностью атомов бора к sp2 и sp3 гибридизации, в ходе которой формируются треугольные (B(O,OH)3) и тетраэдрические (B(O,OH)4) радикалы, которые в последствии полимеризуются с образованием различных по геометрии боратных кластеров (полианионных группировок ([B3O6]3-, [B2O7]8- ,[B4O9]6- и др.)). Таким образом, бораты не только представляют из себя соединения с разнообразным сочетанием группировок из треугольных и тетраэдрических радикалов, но и могут служить обобщением структурного разнообразия как классов соединений с треугольной координацией бора (карбонаты, нитраты), так и для классов с тетраэдрическими радикалами (силикаты, фосфаты и др.) (Bubnova, Filatov, 2016; Kuznetsovetal., 2018).
В качестве нелинейно-оптических кристаллов в лазерных установках повсеместно используются β-BaB2O4 (ВВО) и LiB3O5 (LBO). Бораты так же используются в качестве матриц для люминофоров. Существуют бораты, обладающие собственной люминесценцией, например, Lu2Ba3B6O15 (Kolesnikovetal., 2020)Но более традиционным способом создания люминофора является допирование соединений редкоземельными или переходными металлами. Полученный в результате допирования редкоземельными ионами (Sc, Y, La-Lu) люминофор, может использоваться в качестве одного из компонентов для красного, зеленого и синего излучения в RGB-матрицах и устройствах освещения на базе LED-панелей. Ортобораты редких земель REBO3 (RE = Y, La, Gd, Lu), активированные Eu3+, Ce3+, Dy3+, Tb3+ давно вызывают большой научный интерес ввиду высокой интенсивности фотолюминесценции. Борат YBO3, активированный Eu3+, оказался эффективным материалом в качестве красной компоненты для чипа белоизлучающих светодиодов (WLED). В настоящей работе будут рассмотрены бораты, легированные Eu3+.
Тройные системы вида MO–Bi2O3–B2O3 (M = Ca, Sr, Ba) представляют практический интерес, как новые материалы для нелинейной оптики, стекольной промышленности и люминесценции. Соединения на основе оксида висмута представляют научный интерес ввиду своих уникальных свойств: больших значений показателя преломления, широкой области прозрачности в видимом и ИК-диапазонах. Благодаря высокой поляризуемости Bi3+ и наличию 6s2неподеленной электронной пары в системах с оксидом висмута могут реализовываться нецентросимметричные кристаллические структуры, характеризующиеся одновременным магнитным и электрическим упорядочением структур, пьезо-, сегнетоэлектрическими, сцинтилляционными, фоторефрактивными и другими полезными свойствами (Егорышева и др. 2009). Исследование соединений в подобных системах поможет в будущем синтезировать новые перспективные боратные материалы с выдающимися свойствами.
Целью работы был синтез, изучение термического расширения, расшифровка кристаллической структуры CaBi2B4O10и изучение оптических свойств твердых растворов CaBi2–xEuxB4O10 (x = 0; 0.01; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3).
Объекты исследования: соединение CaBi2B4O10и твердые растворыCaBi2–xEuxB4O10 (x = 0; 0.01; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3).
Работа выполнена на кафедре кристаллографии ИНЗ СПбГУ и в ИХС РАН. Синтез проводился в Лаборатории структурной химии оксидов ИХС РАН, рентгендифракционные исследования выполнены в РДМИ СПбГУ, оптические свойства измерены в Лазерном Центре СПбГУ.
Результаты работы опубликованы в статье (Shablinskiietal., 2020) и тезисах 6 докладов на международных и всероссийских конференциях.
✅ Заключение
Был успешно синтезирован методом твердофазных реакций и охарактеризован новый люминофор CaBi2B4O10:Eu, изучено его термическое расширение и фотолюминесцентные свойства:
–Определена область гомогенностиCaBi2-xEuxB4O10, находящаяся в пределах xEu = 0–0.225.
–Впервые кристаллическая структура соединения решена и уточнена по данным монокристальной рентгеновской дифракции до R = 0.029. CaBi2B4O10 кристаллизуется в триклинной сингонии в пространственной группе P–1. Кристаллическая структура состоит из изолированных тетраборатных групп [B4O9]6– и цепочек из полиэдров BiO5 и BiO7.
–Анизотропия термического расширения обусловлена строением и расположением тетраборатных группировок в структуреCaBi2B4O10. Ось максимального термического расширения близка к биссектрисе угла между плоскостями триборатного кольца и одиночного треугольника.
– Эмиссионный спектр состоит из характерных линий, приписываемых внутриконфигурационным переходам 4f-4f. Установлено, что оптимальная концентрация допирования европием в CaBi2B4O10 составляет 10 ат. %.
– Координаты цветности CIE люминофора CaBi1.8Eu0.2B4O10 составляют (0.63, 0.35), что близко к стандартным значениям координат цветности CIE для красного люминофора (0.67, 0.33) по данным Национального комитета телевизионных стандартов (NTSC).
–Определена область гомогенностиCaBi2-xEuxB4O10, находящаяся в пределах xEu = 0–0.225.
–Впервые кристаллическая структура соединения решена и уточнена по данным монокристальной рентгеновской дифракции до R = 0.029. CaBi2B4O10 кристаллизуется в триклинной сингонии в пространственной группе P–1. Кристаллическая структура состоит из изолированных тетраборатных групп [B4O9]6– и цепочек из полиэдров BiO5 и BiO7.
–Анизотропия термического расширения обусловлена строением и расположением тетраборатных группировок в структуреCaBi2B4O10. Ось максимального термического расширения близка к биссектрисе угла между плоскостями триборатного кольца и одиночного треугольника.
– Эмиссионный спектр состоит из характерных линий, приписываемых внутриконфигурационным переходам 4f-4f. Установлено, что оптимальная концентрация допирования европием в CaBi2B4O10 составляет 10 ат. %.
– Координаты цветности CIE люминофора CaBi1.8Eu0.2B4O10 составляют (0.63, 0.35), что близко к стандартным значениям координат цветности CIE для красного люминофора (0.67, 0.33) по данным Национального комитета телевизионных стандартов (NTSC).
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.