ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ИОНОВ ЕВРОПИЯ(III) ВО ФТОРИРОВАННОЙ ИТТРИЙ-АЛЮМИНИЕВОЙ ОКСИДНОЙ МАТРИЦЕ: GYLNQT

Александр Петрович Худяков; Николай Александрович  Омелько; Владимир Петрович  Смагин; Лина Викторовна Затонская; Владимир Антонович  Новоженов

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2024.01.034

Авторы

Александр Петрович Худяков Алтайский государственный университет https://orcid.org/0009-0006-6742-9145
Николай Александрович Омелько Алтайский государственный университет
Владимир Петрович Смагин Алтайский государственный университет https://orcid.org/0000-0003-4782-6355
Лина Викторовна Затонская Алтайский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-2842-2710
Владимир Антонович Новоженов Алтайский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-9073-5427

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.01.034

Ключевые слова:

золь-гель синтез, этилацетат, фторированные иттрий-алюминиевые композиции, лантаноиды, европий, люминесценция

Аннотация

Предметом рассмотрения многих научных работ являются оксиды иттрия и алюминия, а также сложные иттрий-алюминиевые оксидные композиции. Во многом, проявляемый к ним интерес определяется потребностью современной оптоэлектронной техники в материалах с улучшенными оптическими, физико-химическими и механическими свойствами. В подавляющем большинстве работ внимание исследователей сконцентрировано на индивидуальных оксидных фазах, а также фазах граната и перовскита. Исследование композиций сложного фазового состава ограничены, несмотря на потенциальные возможности их применения в качестве компактных люминесцентных сенсоров электромагнитного излучения и в ряде других применений. Люминесцирующие порошки сложного фазового состава на основе оксидов иттрия и алюминия при атомарном соотношении Y³⁺: Al³⁺ = 3 : 5 нами синтезированы термическим разрушением активированных европием(III) гелеобразных систем, приготовленных на основе этилацетата (ЭА). Основными компонентами порошков в зависимости от состава исходных смесей и условий синтеза являются оксиды иттрия, европия, сложные оксиды иттрия и алюминия, а также оксифториды иттрия различного состава. Ионы Eu³⁺ формируют активаторные центры в структуре оксидных и оксифторидных фаз. Люминесценция порошков связана с возвращением 4f-электронов ионов Eu³⁺ из метастабильного ⁵D₀ в основное электронное состояние. Возбуждение люминесценции происходит в результате перехода электронов из основного ⁷F₀ в возбужденные электронные состояния, переноса энергии колебательного движения оксоанионной матрицы на возбужденные уровни энергии и перехода 2р-электронов ионов кислорода на вакантные 4f-орбитали ионов Eu³⁺. Изменения мультиплетности и интенсивности полос и их отдельных компонент в спектрах связаны с вхождением атомов фтора в состав европиевых активаторных центров и влиянием ионов Al³⁺ на их симметрию в фторированных иттрий-алюминиевых оксидных фазах. Искажение параметров элементарных ячеек подтверждает глубокое взаимодействие фаз, оказывающее влияние на симметрию и люминесценцию активаторных центров, которые начинают формироваться в результате сильного координационного взаимодействия солей в исходном растворе и далее в гелеобразной системе на основе этилацетата.

Библиографические ссылки

Progress in Ceramic Lasers / A. Ikesue [еt al.] // Annu. Rev. Mater. Res. 2006. V. 36. P. 397–429. doi: 10.1146/annurev.matsci.36.011205.152926.

Eu3+ – Doped Ln3Al5O12 (Ln = Er, Tm, Yb, Lu) garnets: Synthesis, characterization and investigation of structural and luminescence properties / L. Pava-saryte [еt al.] // Journal of Luminescence. 2019. V. 212. P. 14–22. doi: 10.1016/ j.jlumin.2019.04.005.

Fabrication and microstructural characteriza-tions of lasing grade Nd:Y2O3 ceramics / D. Yin [еt al.] // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102(12). P. 7462. doi: 10.1111/jace.16671.

Control of defects and their luminescence properties in Nd:YAG crystals by laser irradiation / S. Panahibakhsh [еt al.] // Journal of Luminescence. 2020. V. 218. Р. 116813. doi: 10.1016/j.jlumin.2019.116813.

Upconversion luminescence in Cr3+:YAG single crystal under infrared excitation / M. Chaika [еt al.] // Journal of Luminescence. 2020. V. 226. P. 117467. doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117467.

Tailoring the 3F4 level lifetime in Tm3+: Y3Al5O12 by Eu3+ co-doping for signal processing application / Z. Zhang [еt al.] // Journal of Lumines-cence. 2020. V. 222. P. 117107. doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117107.

Tuned structure of europiumdoped Al2O3-ytrium luminescent composites and their spectrosco-pic behavior / A. Riul [еt al.] // Journal of Lumines-cence. 2021. V. 233. P. 117925. doi: 10.1016/

j.jlumin.2021.117925.

Уклеина И.Ю. Оксифториды иттрия и РЗЭ: синтез, люминесценция и оптика: дис. … канд. хим. наук. Ставрополь : СтГУ, 2005. 158 с.

Rakov N., Maciel G.S. Comparative Study of Er3+ and Tm3+ Co-Doped YOF and Y2O3 Powders as Red Spectrally Pure Upconverters // Opt. Mater. 2013. V. 35. P. 2372–2375. doi: 10.1016/

j.optmat.2013.06.037.

Fabrication and luminescent enhancement of Eu3+-doped Y2O3@YOF core-shell nanocrystals / Y. Tian [еt al.] // J. Nanosci Nanotechnol. 2011. V. 11, № 11. P. 9631–9635. doi: 10.1166/jnn.2011.5312.

Неорганические нанофториды и нано-композиты на их основе / С.В. Кузнецов [и др.] // Успехи химии. 2006. Т. 75, № 12. С. 1193–1211.

Исследование структуры и люминесцентных свойств наночастиц YAG:Eu / М.Д. Ми-хайлов [и др.] // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. С. 335.

Сигловая Н.В. Исследование люминес-центных свойств и разработка технологии произ-водства катодолюминофоров красного цвета све-чения на основе Y2O3 для дисплейных и проекционных ЭЛТ: дис. … канд. хим. наук. Ставрополь: СтГУ, 2003. 143 с.

Синтез и спекание субмикронных частиц ИАГ:Nd, полученных из карбонатных прекурсоров / Т.Ю. Коломиец [и др.] // Неорганические матери-алы. 2017. Т 53, № 8. С. 890–899. doi: 10.7868/S0002337X17080152.

Luminescent Properties of Rare Earth (Er, Yb) Doped Yttrium Aluminium Garnet Thin Films and Bulk Samples Synthesised by an Aqueous Sol-Gel Technique / E. Garskaite [еt al.] // Journal of the Eu-ropean Ceramic Society. 2010. V. 30. P. 1707–1715. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2010.01.001.

Modified Pechini method for the synthesis of weakly-agglomerated nanocrystalline yttrium aluminum garnet (YAG) powders / D.V. Mamonova [еt al.] // Materials Chemistry and Physics. 2017. V. 189. P. 245–251. doi: 10.1016/j.matchemphys.2016.12.025.

Multicolour and upconversion fluorescence of lanthanide doped Vernier phase yttrium oxyfluo-ride nanocrystals / T. Wen [еt al.] // J. Mater. Chem. C. 2013. V. 1. P. 1995–2001.

Об аномальной эффективности люми-несценции субмикронного фосфора Y2O3 : Eu3+ / Т.А. Помелова [и др.] // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, № 12. С. 2410–2419.

Structural and spectroscopic analyses of euro¬pium doped yttrium oxyfluoride powders pre-pared by combustion synthesis / N. Rakov [еt al.] // Journal of Applied Physics. 2013. V. 114(4). P. 043517. doi: 10.1063/1.4816623.

Morphology Control and Luminescence Properties of YAG:Eu Phosphors Prepared by Spray Pyrolysis / Y.H. Zhou [еt al.] // Materials Research Bulletin. 2003. V. 38, № 8. P. 1289–1299. doi: 10.1016/S0025-5408(03)00141-7.

Cho T.H., Shin S.C. Novel synthetic method for the preparation of Y2O3:Eu3+ red phosphors // J. of Adv. Science. 2006. V. 18, № 3–4. P. 229–234. doi: 10.2978/jsas.18.229.

Смагин В.П., Худяков А.П. Влияние условий синтеза на люминесценцию европийсодер-жащих композиций на основе оксида и оксифто-ридов иттрия // Неорганические материалы. 2019. Т. 55, № 1. С. 67–79. doi: 10.1134/S0002337X19010147.

Смагин В.П., Худяков А.П. Фотолюминес-ценция европийсодержащих композиций на основе фторированных оксидов иттрия и алюминия // Неорганические материалы. 2020. Т. 56, № 10. С. 1095–1106. doi: 10.31857/S0002337X20100140.

Смагин В.П., Худяков А.П., Бирюков А.А. Синтез и фотолюминесценция фторированных иттрий-алюминиевых оксидных композитов // Не-органические материалы. 2021. Т. 57, № 10. С. 1113–1121. doi: 10.31857/S0002337X21100158.

Изомерия в димере тригидрата трифторацетата тербия(III) / В.И. Белый [и др.] // Журнал структурной химии. 2002. Т. 43, № 4. С. 634–641.

Смагин В.П., Мокроусов Г.М. Физико-химические аспекты формирования и свойства оптически прозрачных металлсодержащих поли-мерных материалов : монография. Барнаул : Изд-во Алт. ун-та, 2014. 258 с.

Dieke G.H. Spectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals. New York : Interscience Publishers, 1968. 457 p.

Binnemans K. Interpretation of europium(III) spectra // Coordination Chemistry Reviews. 2015. V. 295. Р. 1–45. doi: 10.1016/j.ccr.2015.02.015.

Манаширов О.Я., Зверева Е.М., Воробьев В.А. Сравнительное исследование различных классов люминофоров, активированных ионами Yb3+, при ИК-возбуждении // Вестник Южного научного центра РАН. 2012. Т. 8, № 4. С. 38–49.

Смагин В.П., Еремина Н.С., Мичуева З.В. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства композиций (Y2O3-YOF) : Ln(III) // Неорганические материалы. 2017, Т. 53, № 8. С. 851–860. doi: 10.7868/S0002337X17080103.

Synthesis and fabrication of Y2O3:Tb3+ and Y2O3:Eu3+ thin films for electroluminescent applications: Optical and structural characteristics / G. Alarcón-Flores [еt al.] // Materials Chemistry and Physics. 2015. V. 149–150. P. 34–42. doi: 10.1016/

j.matchemphys.2014.09.020.

Ćirć A., Stojadinović S. Structural and photoluminescence properties of Y2O3 and Y2O3:Ln3+ (Ln = Eu, Er, Ho) films synthesized by plasma electrolytic oxidation of yttrium substrate // Journal of Lumines-cence. 2020. V. 217. P. 116762. doi: 10.1016/

j.jlumin.2019.116762.