В последние десятилетия в связи с бурным развитием лазерной и люминесцентной техники, актуальной остается задача поиска новых эффективных люминофорных композиций в этих областях. Также актуальным является поиск люминесцентных составов для ультраярких светодиодов (LED) с белым свечением, лазерных сред и нелинейной оптики, биомедицинских материалов для фотодинамической терапии и детекторов ионизирующих излучений. В этих областях хорошо себя зарекомендовали оптические материалы, содержащие редкоземельные элементы в виде одного или нескольких активирующих примесей.
Особый интерес представляют оптические материалы, активированные ионами Eu. Подобные материалы хорошо изучены и успешно применяются на практике в качестве красных люминофоров (Y2O3:Eu, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, (Y,Gd)BO3:Eu) и рабочих тел твердотельных лазеров ((Y,Gd) 2O3:Eu), в составе усилителей света, радиационных мониторов и детекторов ИИ (NaF:Eu, CaF:Eu). Однако несмотря на успешность применения вышеупомянутых составов, попытки активировать другие матрицы не прекращаются. Количество используемых матриц неуклонно растет, поэтому интерес к люминесцентно-оптическим свойствам ионов европия, а также и других редкоземельных элементов не ослабевает и сегодня. В частности особый интерес представляют соединения апатитов и оксидов титана с примесью ионов европия и других РЗЭ, которые являются перспективными материалами для применения их в качестве рентгенолюминофоров, светоконвертирующих материалов, рабочих тел лазеров и компонентов для экранных устройств и дисплеев мобильных устройств, детекторов ионизирующих излучений [1].
Цели и задачи работы
Целью данной работы является исследование радиационно-оптических свойств серии соединений Sr2Gd6,sSi6-xPxO26:Eui,2 (x = 0...0,9) со структурой оксиапатита и двух серий образцов T1O2 со структурой рутила и анатаза, активированных ионами Eu3+, Sm3+, Er3+, Ce3+, Tb3+и Nd3+. Для достижения поставленной цели работы определен круг задач:
• ревизия и запуск установки АСНИ РОСТТ для проведения
низкотемпературных измерений;
• измерение спектров стационарной рентгенолюминесценции и кривых затухания импульсной катодолюминесценции исследуемых образцов при комнатной температуре и температуре жидкого азота;
• обработка и формальное описание полученных
экспериментальных данных;
• интерпретация полученных результатов в рамках известных теоретических и экспериментальных моделей.
Научная новизна
Исследованы РЛ и временные характеристики свечения ионов Eu 3+ в новых оксиапатитах состава Sr2Gd6,sSi6-xPxO26:Eui,2 (x = 0...0,9). Проведен сравнительный анализ параметров свечения ионов европия в матрицах стройнций-гадолиниевых оксиапатитов и оксидов титана со структурой рутила и анатаза.
Личный вклад автора
Автором проведена пробоподготовка исследуемых образцов, ревизия и запуск установки АСНИ РОСТТ к началу серии экспериментов при температурах жидкого азота, проведение экспериментов по измерению люминесцентных и спектрально-кинетических характеристики образцов под руководством Л.В. Викторова, обработка и моделирование экспериментальных данных. Обсуждение и интерпретация полученных экспериментальных результатов проводилась совместно с руководителем и консультантом. Текст пояснительной записки и презентация обсуждены с руководителем и консультантом работы и подготовлены лично автором.
В ходе дипломной работы были исследованы радиационнооптические свойства серии стронций-гадолиниевых оксиапатитов
Sr2Gd6,8Si6-xPxO26:Eui,2 (x = 0.. .0,9) и соединений оксида титана TiO2со структурой анатаза и рутила, активированных редкоземельными элементами. Образцы предоставлены сотрудниками Института химии твердого тела УрО РАН. Эксперименты проведены на кафедре экспериментальной физики ФТИ УрФУ в лаборатории спектральнокинетических исследований.
В ходе работы проведена ревизия установки АСНИ РОСТТ. В частности, приведена в рабочее состояние вакуумная система, разработан алгоритм измерений с использованием вакуума, проведена наладка тракта измерения температур и изготовлен новый термопарный датчик, проведена замена платы усилителя в цепи запуска электронной пушки, настроен разрядник электронной пушки, создана термопарная система контроля уровня жидкого азота в сосуде Дьюара адсорбционного насоса.
Для исследования радиационно-оптических свойств образцов были измерены спектры рентгенолюминесценции и кинетики затухания импульсной катодолюминесценции. Экспериментальные результаты визуализированы и обработаны при помощи математических методов в программном пакете Origin 8.0, тщательно проанализированы и обсуждены на семинарах с руководителем и консультантом. Предложены и обсуждены возможные центры люминесценции в исследованных соединениях.
Рекомендации для дальнейших исследований - провести серию экспериментальных исследований фотолюминесцентных свойств на установке с высокой разрешающей способностью с различным видом возбуждения. Провести детальный анализ влияния размерности частиц, концентрации активаторов, а также условий синтеза и способов возбуждения люминесценции в исследуемых материалах на их люминесцентные свойства с применением время-разрешенной, абсорбционной и ВУФ-спектроскопии. С целью исследования свойств запасания энергии, а также установления видов и типов возможных структурных и точечных дефектов в этих материалах следует провести эксперименты с применением методов оптической и термостимулированной люминесценции, а также ЭПР-спектроскопии.
Результаты работы показали, что из ряда образцов оксидов титана с редкоземельными активаторами, высокой интенсивностью люминесценции, сравнимой с интенсивностью промышленно выпускаемых люминофоров обладает только образец TiO2:Sm0j025 со структурой анатаза. Образцы ряда оксиапатитов Sr2Gd6j8Si6-xPxO26:Eu1j2 (x = 0.. .0,9) являются эффективными люминофорами с интенсивной красно-оранжевой люминесценцией. Это обуславливает перспективы их применения в качестве красной компоненты экранных устройств, дисплеев, а также корректоров света для люминесцентных источников света, в том числе и светодиодных светильников.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
