📄Работа №201243
Тема: СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВИРОВАННЫХ Mn4+ ЛЮМИНОФОРОВ ДЛЯ ФИТОСВЕТОДИОДОВ
Тип работы
Диссертация
Предмет
физика
Объем:
154 листов
Год:
2021
Просмотров:
55
700
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
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕМАТИКЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 15
1.1. Фотосинтетические процессы и спектры источников излучения 15
1.1.1. Фотосинтез 15
1.1.2. Свет - источник управляющих сигналов 18
1.2. Современные источники для досветки растений в теплицах 21
1.2.1. Полупроводниковые излучатели для фитооблучательных установок 31
1.2.2. Современное состояние и проблемы применения фитоламп 32
1.3. Методы синтеза люминофоров для светодиодов 36
1.3.1. Высокотемпературный твердофазный метод 36
1.3.2. Золь-гель способ 31
1.3.3. Метод соосаждения 38
1.3.4. Гидротермальный способ 39
1.3.5. Метод «горения растворов» (СВС в растворах) 40
1.4. Неорганические люминофоры, активированные ионами Mn4+ 40
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЮМИНОФОРОВ 48
2.1. Исследуемые порошки люминофоров 48
2.2. Подготовка образцов 48
2.2.1. Синтез люминофора состава K2xBai-xTiF6:Mn4+ методом соосаждения 48
2.2.2. Синтез люминофоров состава Lu3Al5Oi2:xCa2+,yBi3+,zMn4+ и LaAlO3:xCa2+,yBi3+,zMn4+
высокотемпературным твердофазным методом 49
2.3. Методы исследования и анализа синтезированных люминофоров 50
2.3.1. Рентгеновский дифрактометр 50
2.3.2. Морфология люминофоров 50
2.3.3. Элементный анализ люминофоров 50
2.3.4. Спектры фотолюминесценции 51
2.3.5. Время жизни люминесценции люминофоров 51
2.3.6. Ультрафиолетовые спектры поглощения люминофоров 51
2.3.7. Температурные зависимости свечения люминофоров 52
2.3.8. Спектр термолюминесценции люминофоров 52
2.4. Изготовление светодиодов с синтезированными люминофорами 52
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА СИНТЕЗИРОВАННОГО ЛЮМИНОФОРА K2xBa1-xTiF6:Mn4+ 53
3.1. Экспериментальные результаты 53
3.1.1. Изменения фазы, состава, структуры, морфологии BaTiR, при совместном легированим
ионами Mn4+ и К+ 53
3.1.2. Люминесцентные свойства 60
3.1.3. Термостойкость и влагостойкость K2xBai-xTiF,:Mn4+ 66
3.1.4. Применение люминофора состава Ko.o7oBao.965TiF6:1.80%Mn4+ для изготовления светодиодов .. 11
3.2. Выводы по главе 3 14
ГЛАВА 4. НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ ОДНОФАЗНЫЙ Lu3AEO12:xCa2+,yBi3+,zMn4+ ЛЮМИНОФОР 11
4.1. Экспериментальные результаты 11
4.1.1. Фаза и структура Lu3Al5Oi2:xCa2+,yBi3+,zMn4+ люминофора и механизм совместного
легирования ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ 77
4.1.2. Фотолюминесцентные свойства 82
4.1.3. Механизм переноса энергии от Bi3+ к Mn4+ 89
4.1.4. Термостабильность люминесценции люминофоров 93
4.1.5. Люминесценция Lu3Al5Oi2:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и спектры поглощения растений 95
4.2. Выводы по главе 4 99
ГЛАВА 5. ПЕРОВСКИТНЫЙ ЛЮМИНОФОР СОСТАВА LaAlO 3:3%Ca2+,1%Bi3+,0,1%Mn4+ ДЛЯ ФСД 101
5.1. Анализ экспериментальный результатов 101
5.1.1. Структура и механизм легирования ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ 101
5.1.2. Фотолюминесценция 105
5.1.3. Механизмы переноса энергии между ионами Bi3+ и Mn4+ 111
5.1.4. Температурное тушение люминесценции 116
5.1.5. Люминесценция Lu3Al5Oi2:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и спектры поглощения растений 124
5.2. Выводы по главе 5 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 131
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 132
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕМАТИКЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 15
1.1. Фотосинтетические процессы и спектры источников излучения 15
1.1.1. Фотосинтез 15
1.1.2. Свет - источник управляющих сигналов 18
1.2. Современные источники для досветки растений в теплицах 21
1.2.1. Полупроводниковые излучатели для фитооблучательных установок 31
1.2.2. Современное состояние и проблемы применения фитоламп 32
1.3. Методы синтеза люминофоров для светодиодов 36
1.3.1. Высокотемпературный твердофазный метод 36
1.3.2. Золь-гель способ 31
1.3.3. Метод соосаждения 38
1.3.4. Гидротермальный способ 39
1.3.5. Метод «горения растворов» (СВС в растворах) 40
1.4. Неорганические люминофоры, активированные ионами Mn4+ 40
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЮМИНОФОРОВ 48
2.1. Исследуемые порошки люминофоров 48
2.2. Подготовка образцов 48
2.2.1. Синтез люминофора состава K2xBai-xTiF6:Mn4+ методом соосаждения 48
2.2.2. Синтез люминофоров состава Lu3Al5Oi2:xCa2+,yBi3+,zMn4+ и LaAlO3:xCa2+,yBi3+,zMn4+
высокотемпературным твердофазным методом 49
2.3. Методы исследования и анализа синтезированных люминофоров 50
2.3.1. Рентгеновский дифрактометр 50
2.3.2. Морфология люминофоров 50
2.3.3. Элементный анализ люминофоров 50
2.3.4. Спектры фотолюминесценции 51
2.3.5. Время жизни люминесценции люминофоров 51
2.3.6. Ультрафиолетовые спектры поглощения люминофоров 51
2.3.7. Температурные зависимости свечения люминофоров 52
2.3.8. Спектр термолюминесценции люминофоров 52
2.4. Изготовление светодиодов с синтезированными люминофорами 52
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА СИНТЕЗИРОВАННОГО ЛЮМИНОФОРА K2xBa1-xTiF6:Mn4+ 53
3.1. Экспериментальные результаты 53
3.1.1. Изменения фазы, состава, структуры, морфологии BaTiR, при совместном легированим
ионами Mn4+ и К+ 53
3.1.2. Люминесцентные свойства 60
3.1.3. Термостойкость и влагостойкость K2xBai-xTiF,:Mn4+ 66
3.1.4. Применение люминофора состава Ko.o7oBao.965TiF6:1.80%Mn4+ для изготовления светодиодов .. 11
3.2. Выводы по главе 3 14
ГЛАВА 4. НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ ОДНОФАЗНЫЙ Lu3AEO12:xCa2+,yBi3+,zMn4+ ЛЮМИНОФОР 11
4.1. Экспериментальные результаты 11
4.1.1. Фаза и структура Lu3Al5Oi2:xCa2+,yBi3+,zMn4+ люминофора и механизм совместного
легирования ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ 77
4.1.2. Фотолюминесцентные свойства 82
4.1.3. Механизм переноса энергии от Bi3+ к Mn4+ 89
4.1.4. Термостабильность люминесценции люминофоров 93
4.1.5. Люминесценция Lu3Al5Oi2:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и спектры поглощения растений 95
4.2. Выводы по главе 4 99
ГЛАВА 5. ПЕРОВСКИТНЫЙ ЛЮМИНОФОР СОСТАВА LaAlO 3:3%Ca2+,1%Bi3+,0,1%Mn4+ ДЛЯ ФСД 101
5.1. Анализ экспериментальный результатов 101
5.1.1. Структура и механизм легирования ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ 101
5.1.2. Фотолюминесценция 105
5.1.3. Механизмы переноса энергии между ионами Bi3+ и Mn4+ 111
5.1.4. Температурное тушение люминесценции 116
5.1.5. Люминесценция Lu3Al5Oi2:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и спектры поглощения растений 124
5.2. Выводы по главе 5 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 131
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 132
📖 Введение
Актуальность темы исследования. Присутствие различных видов насекомых, болезни и неблагоприятные климатические условия оказывают негативное воздействие на растениеводство и является глобальной проблемой. Применение тепличных систем позволяет создавать почти идеальные условия выращивания сельскохозяйственных культур и этот метод стал устойчивым и надежным способом решения многих проблем растениеводства.
Важнейшей частью теплиц является система искусственного облучения, которая обеспечивает требуемые потоки фотонов при любых внешних условиях, в любое время года и в любом регионе мира. Известно, свет необходим растениям не только как источник энергии, но и как источник сигналов, которые управляют фотохимическими процессами. Применяемые в настоящее время облучатели (натриевые лампы высокого давления, люминесцентные лампы, металлогалогенные лампы) обладают низкой энергоэффективностью, малым сроком службы и не могут реализовать в полной мере управляющие функции света.
Многие недостатки электрических источников света для тепличных комплексов могут быть устранены применением светодиодных (СД, LED) систем облучения растений. Поэтому на сегодняшний день светодиоды можно считать наиболее эффективными альтернативными источниками света для культур, выращиваемых в условиях защищенного грунта. Наибольшее значение имеет возможность создавать с помощью светодиодов любой спектр излучения облучателя и изменять его по заданной программе в процессе роста и развития растений. Это позволяет управлять фотосинтетическими процессами и, наряду с химическими веществами, стимулировать эффективность роста и развития растений, создавать условия для накопление нужных видов питательных веществ, витаминов, управлять органолептическими свойствами продукции. Из этих возможностей вытекают требования к спектральному составу фитосветодиодов (ФСД).
Наиболее перспективный способ создания фитосветодиодов (ФСД) с требуемым для растений излучением - разработка серий люминофоров с «настраиваемыми» (изменяемыми) в процессе синтеза спектрами люминесценции. Изменение спектра можно осуществлять включением различных примесных ионов в исходную матрицу люминофора. В настоящее время оксидные и фторидные люминофоры, легированные Mn4+, применяются в белых светодиодах для исправления цветности, в оптических накопителях, а также в ФСД. Люминофоры, излучающие в «красной» области спектра, используются для корректирования спектров «белых» светодиодов, например, для создания теплого оттенка излучения СД.
Степень разработанности темы
1. Применяемые в настоящее время для изготовления ФСД люминофоры обладают низким квантовым выходом люминесценции, имеет плохую термическую стабильность, не адаптированы к высокой влажности рабочей среды в теплице.
2. В настоящее время не разработано специальных высокоэффективных люминофоров для ФСД, обладающих возможностью селективного возбуждения основных пигментов, возбуждающих фотосинтетические процессы в растениях или обладающих излучением, соответствующим спектру действия фотосинтеза.
3. Перспективными являются фторидные и оксидные матрицы, легированные ионами Mn4+, излучающие в «красной» области спектра, которые могут корректировать спектры излучения СД. Однако, люминофоры состава BaTiF6:Mn4+ обладает низкими эксплуатационными свойствами и в них не изучены простые способы повышения свойств, например, введением подходящего соактиватора.
4. В оксидных люминофорах Lu3AlsO12:Mn4+ и LaAlO3:Mn4+ также в настоящее время нет полной ясности в понимании закономерностей изменения свойств при введении соактиваторов Mn4+, повышающих эксплуатационные характеристики люминофора, например, ионов Ca2+, Bi3+. Не изучены их фазовый состав, кристаллическая структура, люминесцентные свойства, процессы и механизмы переноса энергии, термостабильность и возможность применения для ФСД.
Цель работы - разработать новые эффективные, экономичные, перестраиваемые по спектру излучения составы люминофоров для фитосветодиодов с ионами Mn4+ в качестве активатора, сделать комплексный анализ структуры, морфологии, люминесцентных свойств, влагостойкости, термостойкости и процессов передачи энергии синтезированных люминофоров, а также оценку перспективности их практического применения.
Для достижения цели требовалось решить следующие задачи:
1. Сделать анализ перспективных соединений (матриц) с ионами Mn4+ в качестве активатора, которые можно использовать как основы для создания эффективных люминофоров для ФСД и возможных соактиваторов для улучшения их эксплуатационных параметров при возбуждении светом из области ближнего ультрафиолетового или синего спектральных диапазонов.
2. Исследовать влияние легированных ионов K+ на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения в люминофорах BaTiF6:Mn4+.
3. Исследовать влияние ионов Ca2+, Bi3+, Mn4+ при их совместном легировании на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения в люминофорах ЬизА1зО12:Мп4+.
4. Исследовать влияние ионов Ca2+, Bi3+, Мп4+ при их совместном легировании на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения в люминофорах ЬаА1Оз:Мп4+.
5. Определить оптимальный состав активаторов и соактиваторов, обеспечивающих максимальные эксплуатационные параметры и характеристики, синтезированных люминофоров на основе BaTiF6:Mn4+, Lu3Al5O12:Mn4+, LaAlO3:Mn4+.
6. Разработать составы люминофоров с использованием синтезированных
фосфоров K0.070Ba0.965TiF6:1.8%Mn4+, Lu3Al5O12:10%Ca2+,xBi3+,yMn4+,
LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+ для светодиодов со спектрами излучения, максимально соответствующими спектрам поглощения хлорофиллов и фитохрома
PFR.
7. Определить перспективность применение «красных» люминофоров K2xBai-xTiF6:Mn4+, Lu3A15O12:Ca2+Bi3+Mn4+, ЬаА1Оз:3%Са2+,1%В13+,0.1%Мп4+ для изготовления СД с различными оттенками излучения, включая ФСД при возбуждении излучением промышленных чипов, излучающих в ближней ультрафиолетовой или синей областях спектра.
8. Изготовить опытную партию ФСД с синтезированными люминофорами и оценить влияние их излучения на процессы фотосинтеза растений.
Объекты исследования. Эффективные люминофоры для фитосветодиодов.
Предмет исследования. Влияние совместного легирования ионами K+ и Mn4+ BaTiF6 и ионами Ca2+, Bi3+ и Mn4+ LU3AI5O12 и LaA1O3 на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения.
Научная новизна исследования.
1. Впервые методом простого соосаждения путем замещения в процессе синтеза ионами К+ ионов Ba2+ в BaTiF6:Mn4+ получен эффективный люминофор K2xBa1.xTiF6:Mn4+, обладающий высокими эксплуатационными показателями: при х = 0.035, внутренняя квантовая эффективность люминофора повышается с 40% до 75%, в сравнении с BaTiF6:Mn4+, энергия активации термического тушения повышается с 0.628 эВ до 0.940 эВ, влагостойкость увеличивается на 15%.
2. Впервые методом высокотемпературных твердофазных реакций синтезирован и детально исследован новый тип однофазного люминофора состава Lu3A15O12:10%Ca2+xBi3+yMn4+ с полосами излучения при X = 419 нм, X = 643 нм и X = 669 нм и эффективным возбуждением люминесценции в области 220-370 нм, спектр люминесценции которого соответствует спектрам поглощения хлорофилла а и фитохрома PR. Детально изучена структура, люминесцентные свойства, стабильность параметров и влияние на них примесей Ca2+, Bi3+, Mn4+. При х = 0.6 и у = 0.4 люминофор при возбуждении излучением с X = 370 нм имеет ВКЭ люминесценции 83.2% и низкое температурное тушение люминесценции в области 1500С.
3. Впервые синтезирован и изучен люминофор состава LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+, излучающий в далекой красной области спектра (730 нм) с высокой внутренней квантовой эффективностью, равной 89.3%, у которого нет температурного тушения люминесценции при 150°C и который идеально подходит для возбуждения фитохрома PFR.
Научная и практическая значимость работы.
1. Проведенные исследования углубляют знания о процессах и механизмах вызывающих и сопровождающих люминесценцию ионов Mn4+ в K2xBa1-xTiF6:Mn4+; Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+; LaAlO3:Ca2+,Bi3+,Mn4+.
2. Установленные закономерности расширяют представления о способах повышения эффективности излучения Mn4+ в матрицах BaTiF6:Mn4+, Lu3Al5O12:Mn4+, LaAlO3:Mn4+, дают возможность обоснованно выбирать тип и количество легирующих примесей для повышения эксплуатационных характеристик известных люминофоров, оптимизации их спектра, создания ФСД с возможностями селективного возбуждения пигментов растений.
3. Такими свойствами в BaTiF6:Mn4+ обладают одновалентные большего размера примеси К+, которые замещают катионы Ba2+, а в IтиЛЬО^Мп1' и LaAlO3:Mn4+ ионы Ca2+, которые создает благоприятные условия для его люминесценции [MnO6]2- октаэдров, а также ионы Bi3+, которые обладают сенсибилизирующими свойствами для Мп4+.
4. Результаты исследований углубляют сведения о механизмах влияния легирующих примесей Ca2+,Bi3+,Mn4+ на структуру матриц и центров люминесценции. Стратегия введения двух типов примесей в фосфоры - перспективный способ улучшения люминесцентных свойств оксидных люминофоров, активированных Мп4+, повышения уровня их термической стабильности и влагостойкости.
5. Результаты исследований расширяют ассортимент дешевых, технологичных, с улучшенными свойствами фитолюминофоров для СД и ФСД.
Методология диссертационного исследования. Изготовление
люминофоров производилось методами соосаждения и высокотемпературного твердофазного синтеза. Для исследований использовались: рентгеновский дифрактометр (XRD), сканирующей электронный микроскоп (SEM Quanta 250, FEI, США ), просвечивающий электронный микроскопии высокого разрешения (HRTEM JEM-21000, JEOL, Япония), Agilent 7700 серии ICP, флуоресцентный спектрофотометр F-7000 (Hitachi, Япония), спектрометры FLS920, FLS980, U-3310 и TL FJ-427A. Сведения о содержании компонентов в шихте приведены в молярных процентах.
Защищаемые положения :
1. Внедренные в фосфор K2xBa1-xTiF6:Mn4+ ионов К+ существенно повышают
его эффективность за счет увеличения эффективности легирования ионами Mn4+, подавления концентрационного тушения свечения, создания благоприятных для люминесценции параметров кристаллического поля вокруг центра свечения, увеличения размера частиц люминофора. Люминофор состава K0.070Ba0.963TiF6:1.8%Mn4+ обладает наилучшими эксплуатационными
показателями и оптимальным спектром для возбуждения хлорофилла в
2. Совместное легирование Lu3Al5O12 и LaAlO3 ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ создает однофазные бездефектные люминофоры с хорошими морфологическими, структурными и эксплуатационными параметрами, полосами излучения обоих активаторов (419 нм, 643 и 669 нм) в Lu3AlsO12:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и только Mn4+ в LaAlO3:Ca2+,Bi3+,Mn4+, регулируемым соотношением полос люминесценции и возможностью (до 90%) соответствовать спектрам поглощения хлорофиллов и фитохрома PFR. В Lu3Al3O12:10%Ca2+,0.6%Bi3+,0.4%Mn4+ ВКЭ равна 83.2%, а при 125°С сохраняется 95% интенсивности. В LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+ до 150°С отсутствует температурное тушения, а ВКЭ равна 89.3%.
3. Влияние ионов Ca2+, Bi3+, Mn4+ на характеристики люминофоров Lu3AlsO12:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и LaAlO3:Ca2+,Bi3+,Mn4+ подобны, что говорит об универсальности подхода к выбору соактиваторов Mn4+ в оксидных фосфорах для повышения их эксплуатационных параметров и характеристик.
Ca2+ обеспечивает компенсацию заряда, изменяет параметры решетки и создает оптимальное кристаллическое поле для Mn4+ в октаэдре [MnO6]2-, препятствует концентрационному тушению люминесценции;
Bi3+ работает как сенсибилизатор с высокой эфективностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+, повышает термостойкость свечения за счет создания ловушек, участвующих в люминесценции при высоких температурах, увеличивает эффективность поглощение фотонов, возбуждающих люминофор.
Совместное действие Ca2+ и Bi3+ может давать синергетический эффект.
4. Разработанные люминофоры обладают хорошими технологическими, излучательными (спектр и возможность его варьирования, ВКЭ) и эксплуатационными (термо- и влагостойкость) характеристиками и имеют высокие перспективы практического применения в качестве преобразователей излучения в светодиодах для освещения или облучения растений.
Личный вклад автора. Постановка цели и задач исследования были выполнены совместно с научным руководителем, д.ф-м.н. В.И. Корепановым и профессором Тао Ханом. Расчёты, измерения, были выполнены лично или при непосредственном участии автора на базе лабораторий отделения материаловедения ИШНПТ ТПУ и Чунцинского университета науки и искусств. Обработка, анализ результатов экспериментальных исследований
рентгеноструктурного анализа, люминесцентных, спектрально-кинетических, энергетических характеристик люминесценции исследуемых люминофоров были выполнены лично автором.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на международных конференциях: International symposium on luminescence materials, (Xiamen, 2019).
Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в 6 статьях в зарубежных журналах, индексированы в базе данных Scopus, WOS:
1. Shuangqiang Fang. Synthesis of a novel red phosphor K2xBai-xTiF6:Mn4+ and its enhanced luminescence performance, thermal stability and waterproofness/ Shuangqiang Fang, Tao Han, Tianchun Lang, Yang Zhong, Bitao Liu, Shixu Cao, Lingling Peng, Alexey N. Yakovlev, Vladimir I. Korepanov// Journal of alloys and compounds. - 2019. - Vol. 808. - P. 151697 - 151705. (Web of Science, Q1, ИФ: 5.32)
2. Shuangqiang Fang. A novel efficient single phase dual-emission phosphor with high resemblance to photosynthesis spectrum/ Shuangqiang Fang, Tianchun Lang, Tao Han, Mingsheng Cai, Shixiu Cao, Lingling Peng, Bitao Liu, Yang Zhong, Alexey N. Yakovlev, Vladimir I. Korepanov// Journal of Materials Chemistry C. - 2020. - Vol. 8.
- P 6245 - 6253. (Web of Science, Q1, ИФ:7.39)
3. Shuangqiang Fang. Zero-thermal-quenching of Mn4+ far-red-emitting in LaAlO3 perovskite phosphor via energy compensation of electrons’ traps / Shuangqiang Fanga, Tianchun Langa, Tao Han, Jinyu Wang, Jiayao Yang, Shixiu Cao, Lingling Peng, Bitao Liu, Alexey N. Yakovlev, Vladimir I. Korepanov// Chemical Engineering Journal.
- 2020. - Vol. 389. - P.124297 - 124309. (Web of Science, Q1, ИФ:13.27)
4. Shuangqiang Fang. Color-tunable photoluminescence and energy transfer of (Tb1-xMnx)3Ah(Al1-xSix)3O12:Ce3+ solid solutions for white light emitting diodes/Tianchun Lang, Tao Han, Cong Zhao, Shixiu Cao, Shuangqiang Fang, Shuai Li, Lei Zhao, Vladimir I. Korepanov and Alexey N. Yakovlev// RSC Advances. - 2018. - Vol. 8. - P 36056 - 36062. (Web of Science, Q1, ИФ:3.36)
5. Shuangqiang Fang. Luminescence properties of color tunable new garnet structure (Lu1-xMnx)3Al2(Al1-xSix)3O12:Ce3+ solid solution phosphors/ Tianchun Lang, Tao Han, Cong Zhao, Shuangqiang Fang, Lei Zhao, Vladimir I. Korepanov, Alexey N.
Yakovlev// Journal of Luminescence. - 2019. - Vol. 207. - P 98 - 104. (Web of Science, Q1, ИФ: 3.60)
6. Shuangqiang Fang. Improved phase stability of the metastable K2GeF6:Mn4+ phosphors with high thermal stability and water-proof property by cation substitution/ Tianchun Langa, Tao Han, Shuangqiang Fang, Jinyu Wang, Shixiu Cao, Lingling Peng, Bitao Liua, Vladimir I. Korepanov, Aleksey N. Yakovlev// Chemical Engineering Journal. - 2020. - Vol. 380. - P. 122429 - 122436. (Web of Science, Q1, ИФ: 13.27)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 172 наименований. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 9 таблиц и 36 формул.
Достоверность полученных результатов. Все стационарные измерения проводились на современном и поверенном оборудовании с соблюдением требований ГОСТ. Достоверность подтверждается высокой степенью повторяемости результатов измерений.
Важнейшей частью теплиц является система искусственного облучения, которая обеспечивает требуемые потоки фотонов при любых внешних условиях, в любое время года и в любом регионе мира. Известно, свет необходим растениям не только как источник энергии, но и как источник сигналов, которые управляют фотохимическими процессами. Применяемые в настоящее время облучатели (натриевые лампы высокого давления, люминесцентные лампы, металлогалогенные лампы) обладают низкой энергоэффективностью, малым сроком службы и не могут реализовать в полной мере управляющие функции света.
Многие недостатки электрических источников света для тепличных комплексов могут быть устранены применением светодиодных (СД, LED) систем облучения растений. Поэтому на сегодняшний день светодиоды можно считать наиболее эффективными альтернативными источниками света для культур, выращиваемых в условиях защищенного грунта. Наибольшее значение имеет возможность создавать с помощью светодиодов любой спектр излучения облучателя и изменять его по заданной программе в процессе роста и развития растений. Это позволяет управлять фотосинтетическими процессами и, наряду с химическими веществами, стимулировать эффективность роста и развития растений, создавать условия для накопление нужных видов питательных веществ, витаминов, управлять органолептическими свойствами продукции. Из этих возможностей вытекают требования к спектральному составу фитосветодиодов (ФСД).
Наиболее перспективный способ создания фитосветодиодов (ФСД) с требуемым для растений излучением - разработка серий люминофоров с «настраиваемыми» (изменяемыми) в процессе синтеза спектрами люминесценции. Изменение спектра можно осуществлять включением различных примесных ионов в исходную матрицу люминофора. В настоящее время оксидные и фторидные люминофоры, легированные Mn4+, применяются в белых светодиодах для исправления цветности, в оптических накопителях, а также в ФСД. Люминофоры, излучающие в «красной» области спектра, используются для корректирования спектров «белых» светодиодов, например, для создания теплого оттенка излучения СД.
Степень разработанности темы
1. Применяемые в настоящее время для изготовления ФСД люминофоры обладают низким квантовым выходом люминесценции, имеет плохую термическую стабильность, не адаптированы к высокой влажности рабочей среды в теплице.
2. В настоящее время не разработано специальных высокоэффективных люминофоров для ФСД, обладающих возможностью селективного возбуждения основных пигментов, возбуждающих фотосинтетические процессы в растениях или обладающих излучением, соответствующим спектру действия фотосинтеза.
3. Перспективными являются фторидные и оксидные матрицы, легированные ионами Mn4+, излучающие в «красной» области спектра, которые могут корректировать спектры излучения СД. Однако, люминофоры состава BaTiF6:Mn4+ обладает низкими эксплуатационными свойствами и в них не изучены простые способы повышения свойств, например, введением подходящего соактиватора.
4. В оксидных люминофорах Lu3AlsO12:Mn4+ и LaAlO3:Mn4+ также в настоящее время нет полной ясности в понимании закономерностей изменения свойств при введении соактиваторов Mn4+, повышающих эксплуатационные характеристики люминофора, например, ионов Ca2+, Bi3+. Не изучены их фазовый состав, кристаллическая структура, люминесцентные свойства, процессы и механизмы переноса энергии, термостабильность и возможность применения для ФСД.
Цель работы - разработать новые эффективные, экономичные, перестраиваемые по спектру излучения составы люминофоров для фитосветодиодов с ионами Mn4+ в качестве активатора, сделать комплексный анализ структуры, морфологии, люминесцентных свойств, влагостойкости, термостойкости и процессов передачи энергии синтезированных люминофоров, а также оценку перспективности их практического применения.
Для достижения цели требовалось решить следующие задачи:
1. Сделать анализ перспективных соединений (матриц) с ионами Mn4+ в качестве активатора, которые можно использовать как основы для создания эффективных люминофоров для ФСД и возможных соактиваторов для улучшения их эксплуатационных параметров при возбуждении светом из области ближнего ультрафиолетового или синего спектральных диапазонов.
2. Исследовать влияние легированных ионов K+ на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения в люминофорах BaTiF6:Mn4+.
3. Исследовать влияние ионов Ca2+, Bi3+, Mn4+ при их совместном легировании на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения в люминофорах ЬизА1зО12:Мп4+.
4. Исследовать влияние ионов Ca2+, Bi3+, Мп4+ при их совместном легировании на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения в люминофорах ЬаА1Оз:Мп4+.
5. Определить оптимальный состав активаторов и соактиваторов, обеспечивающих максимальные эксплуатационные параметры и характеристики, синтезированных люминофоров на основе BaTiF6:Mn4+, Lu3Al5O12:Mn4+, LaAlO3:Mn4+.
6. Разработать составы люминофоров с использованием синтезированных
фосфоров K0.070Ba0.965TiF6:1.8%Mn4+, Lu3Al5O12:10%Ca2+,xBi3+,yMn4+,
LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+ для светодиодов со спектрами излучения, максимально соответствующими спектрам поглощения хлорофиллов и фитохрома
PFR.
7. Определить перспективность применение «красных» люминофоров K2xBai-xTiF6:Mn4+, Lu3A15O12:Ca2+Bi3+Mn4+, ЬаА1Оз:3%Са2+,1%В13+,0.1%Мп4+ для изготовления СД с различными оттенками излучения, включая ФСД при возбуждении излучением промышленных чипов, излучающих в ближней ультрафиолетовой или синей областях спектра.
8. Изготовить опытную партию ФСД с синтезированными люминофорами и оценить влияние их излучения на процессы фотосинтеза растений.
Объекты исследования. Эффективные люминофоры для фитосветодиодов.
Предмет исследования. Влияние совместного легирования ионами K+ и Mn4+ BaTiF6 и ионами Ca2+, Bi3+ и Mn4+ LU3AI5O12 и LaA1O3 на структуру, морфологию, люминесцентные свойства, влагостойкость, термостойкость и процессы передачи энергии центрам свечения.
Научная новизна исследования.
1. Впервые методом простого соосаждения путем замещения в процессе синтеза ионами К+ ионов Ba2+ в BaTiF6:Mn4+ получен эффективный люминофор K2xBa1.xTiF6:Mn4+, обладающий высокими эксплуатационными показателями: при х = 0.035, внутренняя квантовая эффективность люминофора повышается с 40% до 75%, в сравнении с BaTiF6:Mn4+, энергия активации термического тушения повышается с 0.628 эВ до 0.940 эВ, влагостойкость увеличивается на 15%.
2. Впервые методом высокотемпературных твердофазных реакций синтезирован и детально исследован новый тип однофазного люминофора состава Lu3A15O12:10%Ca2+xBi3+yMn4+ с полосами излучения при X = 419 нм, X = 643 нм и X = 669 нм и эффективным возбуждением люминесценции в области 220-370 нм, спектр люминесценции которого соответствует спектрам поглощения хлорофилла а и фитохрома PR. Детально изучена структура, люминесцентные свойства, стабильность параметров и влияние на них примесей Ca2+, Bi3+, Mn4+. При х = 0.6 и у = 0.4 люминофор при возбуждении излучением с X = 370 нм имеет ВКЭ люминесценции 83.2% и низкое температурное тушение люминесценции в области 1500С.
3. Впервые синтезирован и изучен люминофор состава LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+, излучающий в далекой красной области спектра (730 нм) с высокой внутренней квантовой эффективностью, равной 89.3%, у которого нет температурного тушения люминесценции при 150°C и который идеально подходит для возбуждения фитохрома PFR.
Научная и практическая значимость работы.
1. Проведенные исследования углубляют знания о процессах и механизмах вызывающих и сопровождающих люминесценцию ионов Mn4+ в K2xBa1-xTiF6:Mn4+; Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+; LaAlO3:Ca2+,Bi3+,Mn4+.
2. Установленные закономерности расширяют представления о способах повышения эффективности излучения Mn4+ в матрицах BaTiF6:Mn4+, Lu3Al5O12:Mn4+, LaAlO3:Mn4+, дают возможность обоснованно выбирать тип и количество легирующих примесей для повышения эксплуатационных характеристик известных люминофоров, оптимизации их спектра, создания ФСД с возможностями селективного возбуждения пигментов растений.
3. Такими свойствами в BaTiF6:Mn4+ обладают одновалентные большего размера примеси К+, которые замещают катионы Ba2+, а в IтиЛЬО^Мп1' и LaAlO3:Mn4+ ионы Ca2+, которые создает благоприятные условия для его люминесценции [MnO6]2- октаэдров, а также ионы Bi3+, которые обладают сенсибилизирующими свойствами для Мп4+.
4. Результаты исследований углубляют сведения о механизмах влияния легирующих примесей Ca2+,Bi3+,Mn4+ на структуру матриц и центров люминесценции. Стратегия введения двух типов примесей в фосфоры - перспективный способ улучшения люминесцентных свойств оксидных люминофоров, активированных Мп4+, повышения уровня их термической стабильности и влагостойкости.
5. Результаты исследований расширяют ассортимент дешевых, технологичных, с улучшенными свойствами фитолюминофоров для СД и ФСД.
Методология диссертационного исследования. Изготовление
люминофоров производилось методами соосаждения и высокотемпературного твердофазного синтеза. Для исследований использовались: рентгеновский дифрактометр (XRD), сканирующей электронный микроскоп (SEM Quanta 250, FEI, США ), просвечивающий электронный микроскопии высокого разрешения (HRTEM JEM-21000, JEOL, Япония), Agilent 7700 серии ICP, флуоресцентный спектрофотометр F-7000 (Hitachi, Япония), спектрометры FLS920, FLS980, U-3310 и TL FJ-427A. Сведения о содержании компонентов в шихте приведены в молярных процентах.
Защищаемые положения :
1. Внедренные в фосфор K2xBa1-xTiF6:Mn4+ ионов К+ существенно повышают
его эффективность за счет увеличения эффективности легирования ионами Mn4+, подавления концентрационного тушения свечения, создания благоприятных для люминесценции параметров кристаллического поля вокруг центра свечения, увеличения размера частиц люминофора. Люминофор состава K0.070Ba0.963TiF6:1.8%Mn4+ обладает наилучшими эксплуатационными
показателями и оптимальным спектром для возбуждения хлорофилла в
2. Совместное легирование Lu3Al5O12 и LaAlO3 ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ создает однофазные бездефектные люминофоры с хорошими морфологическими, структурными и эксплуатационными параметрами, полосами излучения обоих активаторов (419 нм, 643 и 669 нм) в Lu3AlsO12:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и только Mn4+ в LaAlO3:Ca2+,Bi3+,Mn4+, регулируемым соотношением полос люминесценции и возможностью (до 90%) соответствовать спектрам поглощения хлорофиллов и фитохрома PFR. В Lu3Al3O12:10%Ca2+,0.6%Bi3+,0.4%Mn4+ ВКЭ равна 83.2%, а при 125°С сохраняется 95% интенсивности. В LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+ до 150°С отсутствует температурное тушения, а ВКЭ равна 89.3%.
3. Влияние ионов Ca2+, Bi3+, Mn4+ на характеристики люминофоров Lu3AlsO12:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и LaAlO3:Ca2+,Bi3+,Mn4+ подобны, что говорит об универсальности подхода к выбору соактиваторов Mn4+ в оксидных фосфорах для повышения их эксплуатационных параметров и характеристик.
Ca2+ обеспечивает компенсацию заряда, изменяет параметры решетки и создает оптимальное кристаллическое поле для Mn4+ в октаэдре [MnO6]2-, препятствует концентрационному тушению люминесценции;
Bi3+ работает как сенсибилизатор с высокой эфективностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+, повышает термостойкость свечения за счет создания ловушек, участвующих в люминесценции при высоких температурах, увеличивает эффективность поглощение фотонов, возбуждающих люминофор.
Совместное действие Ca2+ и Bi3+ может давать синергетический эффект.
4. Разработанные люминофоры обладают хорошими технологическими, излучательными (спектр и возможность его варьирования, ВКЭ) и эксплуатационными (термо- и влагостойкость) характеристиками и имеют высокие перспективы практического применения в качестве преобразователей излучения в светодиодах для освещения или облучения растений.
Личный вклад автора. Постановка цели и задач исследования были выполнены совместно с научным руководителем, д.ф-м.н. В.И. Корепановым и профессором Тао Ханом. Расчёты, измерения, были выполнены лично или при непосредственном участии автора на базе лабораторий отделения материаловедения ИШНПТ ТПУ и Чунцинского университета науки и искусств. Обработка, анализ результатов экспериментальных исследований
рентгеноструктурного анализа, люминесцентных, спектрально-кинетических, энергетических характеристик люминесценции исследуемых люминофоров были выполнены лично автором.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на международных конференциях: International symposium on luminescence materials, (Xiamen, 2019).
Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в 6 статьях в зарубежных журналах, индексированы в базе данных Scopus, WOS:
1. Shuangqiang Fang. Synthesis of a novel red phosphor K2xBai-xTiF6:Mn4+ and its enhanced luminescence performance, thermal stability and waterproofness/ Shuangqiang Fang, Tao Han, Tianchun Lang, Yang Zhong, Bitao Liu, Shixu Cao, Lingling Peng, Alexey N. Yakovlev, Vladimir I. Korepanov// Journal of alloys and compounds. - 2019. - Vol. 808. - P. 151697 - 151705. (Web of Science, Q1, ИФ: 5.32)
2. Shuangqiang Fang. A novel efficient single phase dual-emission phosphor with high resemblance to photosynthesis spectrum/ Shuangqiang Fang, Tianchun Lang, Tao Han, Mingsheng Cai, Shixiu Cao, Lingling Peng, Bitao Liu, Yang Zhong, Alexey N. Yakovlev, Vladimir I. Korepanov// Journal of Materials Chemistry C. - 2020. - Vol. 8.
- P 6245 - 6253. (Web of Science, Q1, ИФ:7.39)
3. Shuangqiang Fang. Zero-thermal-quenching of Mn4+ far-red-emitting in LaAlO3 perovskite phosphor via energy compensation of electrons’ traps / Shuangqiang Fanga, Tianchun Langa, Tao Han, Jinyu Wang, Jiayao Yang, Shixiu Cao, Lingling Peng, Bitao Liu, Alexey N. Yakovlev, Vladimir I. Korepanov// Chemical Engineering Journal.
- 2020. - Vol. 389. - P.124297 - 124309. (Web of Science, Q1, ИФ:13.27)
4. Shuangqiang Fang. Color-tunable photoluminescence and energy transfer of (Tb1-xMnx)3Ah(Al1-xSix)3O12:Ce3+ solid solutions for white light emitting diodes/Tianchun Lang, Tao Han, Cong Zhao, Shixiu Cao, Shuangqiang Fang, Shuai Li, Lei Zhao, Vladimir I. Korepanov and Alexey N. Yakovlev// RSC Advances. - 2018. - Vol. 8. - P 36056 - 36062. (Web of Science, Q1, ИФ:3.36)
5. Shuangqiang Fang. Luminescence properties of color tunable new garnet structure (Lu1-xMnx)3Al2(Al1-xSix)3O12:Ce3+ solid solution phosphors/ Tianchun Lang, Tao Han, Cong Zhao, Shuangqiang Fang, Lei Zhao, Vladimir I. Korepanov, Alexey N.
Yakovlev// Journal of Luminescence. - 2019. - Vol. 207. - P 98 - 104. (Web of Science, Q1, ИФ: 3.60)
6. Shuangqiang Fang. Improved phase stability of the metastable K2GeF6:Mn4+ phosphors with high thermal stability and water-proof property by cation substitution/ Tianchun Langa, Tao Han, Shuangqiang Fang, Jinyu Wang, Shixiu Cao, Lingling Peng, Bitao Liua, Vladimir I. Korepanov, Aleksey N. Yakovlev// Chemical Engineering Journal. - 2020. - Vol. 380. - P. 122429 - 122436. (Web of Science, Q1, ИФ: 13.27)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 172 наименований. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 9 таблиц и 36 формул.
Достоверность полученных результатов. Все стационарные измерения проводились на современном и поверенном оборудовании с соблюдением требований ГОСТ. Достоверность подтверждается высокой степенью повторяемости результатов измерений.
✅ Заключение
1. Разработаны и исследованы три высокоэффективных люминофора, излучающих в красной области спектра, на основе фосфоров BaTiF6:Mn4+, Lu3Al3O12:Mn4+, LaAlO3:Mn4+ при легировании ионами К+ и (Ca2+, Bi3+), соответственно, которые имеют перспективы практического применения в качестве преобразователей излучения в светодиодах для освещения или облучения растений.
2. Легирование ионами K+ фосфора BaTiF6:Mn4+ повышает эффективность замены Ti4+ на Mn4+ на стадии синтеза, то есть увеличивает концентрацию Mn4+ в конечном продукте, подавляет концентрационное тушение люминесценции Mn4+ за счет изменения расстояний между ионами, создает благоприятные для излучения параметры кристаллического поля вокруг центра свечения, увеличивает размер частиц люминофора. Это приводит к увеличению интенсивности активаторного свечения, повышению термо- и влагостойкости синтезированных люминофоров. Оптимальный состав люминофора: K0.070Ba0.965TiF6:1.8%Mn4+
3. Совместное легирование Lu3Al5O12 ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ приводит к созданию однофазных бездефектных люминофоров с хорошими морфологическими и структурными параметрами и полосами излучения обоих активаторов (419 нм, 643 и 669 нм) при возбуждении с X = 370 нм. Спектр излучения люминофора регулируется изменением концентраций Bi3+ и Mn4+, и может на 88,5% соответствовать спектру поглощения хлорофилла а и на 90.6%
совместному спектру поглощения хлорофилла а и хлорофилла в.
4. Введение ионов Ca2+ и Bi3+ в Lu3Al5O12 значительно увеличивает
интенсивность свечения ионов Mn4+ в результате синергетического действия, повышает термо- и влагостойкость люминесценции. Ca2+ обеспечивает компенсацию заряда, изменяет параметры решетки, создает оптимальное кристаллическое поле для Mn4+ в октаэдре [MnO6]2-, препятствует
концентрационному тушению люминесценции. Bi3+ работает как сенсибилизатор с высокой эффктивностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+ из-за перекрытия полосы излучения с полосой возбуждения Mn4+, повышает эффективности поглощение фотонов, возбуждающих люминофор; Bi3+ работает как сенсибилизатор с высокой ффктивностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+, повышает термостойкость свечения за счет создания ловушек, участвующих в люминесценции при высоких температурах.
В люминофоре отимального состава Lu3AlsOi2:10%Ca2+,0.6%Bi3+,0.4%Mn4+ до 150 C отсутствует температурное тушения, а ВКЭ равен 89.3%.
5. Процессы описывающие влияние ионаов Ca2+, Bi3+, Mn4+ при их совместном легировании в матрицу LaAlO3 полностью аналогичны таковым для люминофора Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+. Это говорит об универсальности подхода к бодбору соактиваторов Mn4+ в оксидных фосфорах, обеспечивающих высокие экслуатационные параметры и характеристики люминофоров.
Отимальный состав «красного» люминофора на основе LaAlO3:
LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+. Поскольку в нем отсутствует излучение Bi3+ то для создания ФСД с широкой областью возбуждения фотосинтетических процессов он может применяться только в сочетании с другими люминофорами.
Однако он идеально подходит для селективного возбуждения фитохрома PFR, так как излучает только в области ~ 730 нм.
2. Легирование ионами K+ фосфора BaTiF6:Mn4+ повышает эффективность замены Ti4+ на Mn4+ на стадии синтеза, то есть увеличивает концентрацию Mn4+ в конечном продукте, подавляет концентрационное тушение люминесценции Mn4+ за счет изменения расстояний между ионами, создает благоприятные для излучения параметры кристаллического поля вокруг центра свечения, увеличивает размер частиц люминофора. Это приводит к увеличению интенсивности активаторного свечения, повышению термо- и влагостойкости синтезированных люминофоров. Оптимальный состав люминофора: K0.070Ba0.965TiF6:1.8%Mn4+
3. Совместное легирование Lu3Al5O12 ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ приводит к созданию однофазных бездефектных люминофоров с хорошими морфологическими и структурными параметрами и полосами излучения обоих активаторов (419 нм, 643 и 669 нм) при возбуждении с X = 370 нм. Спектр излучения люминофора регулируется изменением концентраций Bi3+ и Mn4+, и может на 88,5% соответствовать спектру поглощения хлорофилла а и на 90.6%
совместному спектру поглощения хлорофилла а и хлорофилла в.
4. Введение ионов Ca2+ и Bi3+ в Lu3Al5O12 значительно увеличивает
интенсивность свечения ионов Mn4+ в результате синергетического действия, повышает термо- и влагостойкость люминесценции. Ca2+ обеспечивает компенсацию заряда, изменяет параметры решетки, создает оптимальное кристаллическое поле для Mn4+ в октаэдре [MnO6]2-, препятствует
концентрационному тушению люминесценции. Bi3+ работает как сенсибилизатор с высокой эффктивностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+ из-за перекрытия полосы излучения с полосой возбуждения Mn4+, повышает эффективности поглощение фотонов, возбуждающих люминофор; Bi3+ работает как сенсибилизатор с высокой ффктивностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+, повышает термостойкость свечения за счет создания ловушек, участвующих в люминесценции при высоких температурах.
В люминофоре отимального состава Lu3AlsOi2:10%Ca2+,0.6%Bi3+,0.4%Mn4+ до 150 C отсутствует температурное тушения, а ВКЭ равен 89.3%.
5. Процессы описывающие влияние ионаов Ca2+, Bi3+, Mn4+ при их совместном легировании в матрицу LaAlO3 полностью аналогичны таковым для люминофора Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+. Это говорит об универсальности подхода к бодбору соактиваторов Mn4+ в оксидных фосфорах, обеспечивающих высокие экслуатационные параметры и характеристики люминофоров.
Отимальный состав «красного» люминофора на основе LaAlO3:
LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+. Поскольку в нем отсутствует излучение Bi3+ то для создания ФСД с широкой областью возбуждения фотосинтетических процессов он может применяться только в сочетании с другими люминофорами.
Однако он идеально подходит для селективного возбуждения фитохрома PFR, так как излучает только в области ~ 730 нм.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.