научная статья по теме ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СИНТЕЗА ЛЮМИНОФОРОВ С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ОКСОСУЛЬФИДА ИТТРИЯ. СООБЩЕНИЕ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНОВ ЕR3+ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА Y202S:TI,MG Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СИНТЕЗА ЛЮМИНОФОРОВ С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ОКСОСУЛЬФИДА ИТТРИЯ. СООБЩЕНИЕ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНОВ ЕR3+ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА Y202S:TI,MG»

ХИМИЯ И НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 661.143

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СИНТЕЗА ЛЮМИНОФОРОВ С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ОКСОСУЛЬФИДА ИТТРИЯ

Сообщение 3, ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНОВ ЕгЗ+ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА У2028 : ЧП, М§

© 2007 г. А.А, Богатырева1, В.М. Ищенко2, О.Я. Манаширов3, А.Н. Г^оргобиани4, В.Б. Гутан4, Ю.П. Тимофеев4

Изучено влияние ионов Ег3+ на спектральные свойства люминофора с длительным послесвечением У2028 : Тг, Mg при Уф- и ИК-возбуждении. Установлено, что од покомпонентные люминофоры : Тц М§ благодаря наличию в их составе ионов Т)4+ и М§2+ обладают способностью запасать энергию Уф-возбуждения и высвечивать ее в течение длительного времени, а в результате присутствия ионов Ег3+ обладают видимой антистоксовой люминесценцией при ^чпах = 960 и = 1550 нм.

В последние годы весьма актуальна проблема разработки и создания эффективных одноком-понеитных многофункциональных люминофоров, в том числе обладающих одновременно длительным послесвечением после прекращения УФ-возбуждения и антистоксовой люминесценцией при ИК-возбуждении. Полученные нами ранее результаты показали [1], что среди известных люминофоров с длительным послесвечением (ЛДП) наиболее благоприятным сочетанием яркостных, спектральных и инерционных параметров обладает люминофор желтого цвета свечения состава У2025 : Т10 л2Мд0й4. Спектры стационарной люминесценции и послесвечения данного ЛДП, выпускаемого под маркой ФВ-626, содержат только широкую полосу излучения с максимумом при 626 нм, которая обусловлена наличием ионов титана и определяет цвет свечения люминофора до и после прекращения УФ-возбуждения. Однако в связи с отсутствием в составе люминофора ФВ-626 ионов, способных поглощать ИК-излучение в области 900-1000 и 1500-1600 нм, люминесценция при ИК-возбуждении не наблюдается. Проведенные нами исследования позволили установить, что одним из

1 Ставропольский государственный университет, Ставрополь.

2 Южный научный центр Российской академии наук, Ро-стов-на-Дону.

3 Закрытое акционерное общество «Научно-ттроизводст-венная фирма "Люминофор"», Ставрополь.

4 Физический институт Российской академии наук, Москва.

эффективных способов воздействия на люминесцентные свойства ЛДП состава У2028 : "Л, М^ является дополнительная активация его ионами Ег3+, способными поглощать ИК-излучение в заданных областях и преобразовывать его в видимую антистоксовую люминесценцию [21.

Цель настоящей работы - комплексное изучение влияния ионов Ег3+ на люминесцентные свойства ЛДП состава У2023 : Т1012М§004 при УФ- и ИК-возбуждении и использование выявленных закономерностей для создания новых од-нокомпонентных многофункциональных люминофоров.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектами исследования служили образцы люминофоров состава (У^Ег^О^ : Т1ОЛ2М^004 (5 • 1СН < х < 5 Ю-2 ат. долей). В качестве исходного сырья для их синтеза использовали оксиды РЗЭ и иттрия с содержанием основного вещества 99,995-99,999 %; № марки "ч.д.а для спектрального анализа" и другие реагенты марки "ос.ч". Синтез образцов осуществляли по оригинальной методике [1], основанной на сульфиди-зации оксидов РЗЭ, титана и магния в расплавах различных серусодержащих соединений щелочных металлов и минерализаторов в атмосфере 302. Измерение относительной яркости послесвечения образцов ЛДП после прекращения УФ-возбуждения (А^озб = 365 нм) проводили по стандартной методике, относительно типового

образца люминофора ФВ-626; длительность УФ-возбуждения - 10 мин. Яркость антистоксовой люминесценции образцов измеряли относительно типового образца люминофора ФСД-546-2. Спектры возбуждения и люминесценции записывали в автоматическом режиме на спектрофотометре Hitachi-850.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как видно из рис. 1, спектральный состав стационарной люминесценции синтезированных образцов люминофоров (Y1_JErI)202S : Tio^Mgoo« (5 • lO6 < х < 5 ■ 1(Н) при Х,озб. = 365 нм напрямую зависит от содержания ионов эрбия (Ш). При низких концентрациях Ег3+ (5 • ICH6 < х < 5 • ICH) он определяется в основном широкой титановой полосой излучения (А^ = 626 нм). Увеличение содержания ионов Ег3+ до х = 5 • 1(Н приводит к подавлению широкополосной люминесценции титана и появлению нескольких групп узких эр-биевых полос излучения в зеленой (520-570 нм) и красной (650-680 нм) областях видимого спектра. При дальнейшем увеличении концентрации ионов Ег3+ (5 • 10^ < х < 5 • 10~2) наблюдается уменьшение интенсивности, а затем и полное исчезновение титановой полосы излучения с А^ = 626 нм. При таком содержании Ег3+ спектральный состав образцов люминофоров ^JEr^OjS : Ti,Mg определяется полосами,

соответствующими оптическим переходам в ионах Ег3+. Наиболее простую и четко выраженную структуру имеют полосы излучения в области 546-556 нм, соответствующие переходу 453/2 —» 4/15/2 [3,4]. Слева и справа от этих зеленых полос наблюдаются более слабые полосы излучения в области 520-535 и 556-570 нм (рис. 1), обусловленные переходами 2Нип —> 4/, 5/2 и 2Н9П 4/13/2 соответственно [3,4]. К числу наиболее интенсивных полос в видимой области спектра относится также красная полоса излучения (переход 4F9f2 —> 4/15/2), спектр которой простирается от 650 до 680 нм и имеет более сложную структуру. Последнее, как известно [3, 4], связано с расщеплением возбужденного состояния 4F9/2 на пять мультиплетов.

Таким образом, из анализа спектров, представленных на рис. 1, следует, что увеличение содержания ионов Ег3+ приводит к подавлению титановой полосы и росту эрбиевых полос излучения. Аналогичный характер имеют зависимости интенсивностей титановой и эрбиевых полос излучения от содержания ионов Ег3+ в спектрах послесвечения образцов люминофоров состава (Y,_jrEri)202S : Ti0 i2Mg004 (рис. 2). Как видно из рис. 2, при небольших концентрациях ионов эрбия (III) (5 • 10-6 < х < 5 • lO5) основная часть спектральной энергии излучения образцов изучаемых люминофоров сосредоточена в широкой титановой полосе излучения с А^ = 626 нм, которая и определяет цвет их послесвечения.

X, нм

Рис. 1. Спектры стационарной люминесценции (X^g (Y ^jEr^C^S : Tio ^Mg^. Здесь и на рис. 2, 3 х = 5 • 5 • 10"2 (ж)

= 365 нм) образцов люминофора состава

10-6 (а)) 5 . 1Q-S (5)> 5 . 10-4 (в)> 2,5 • 10~3 (г), 5 • 10~3 (д), 2,5 10-2 (е),

X, нм

Рис. 2. Спектры послесвечения (Хвозб = 365 нм) образцов люминофора состава (У1_хЕгд.)2028 : Т^^Л^о^.

Повышение концентрации ионов эрбия до х = = 2,5 • 1СН также приводит к уменьшению интенсивности титановой полосы излучения и росту интенсивности зеленых и красных эрбиевых полос излучения, соответствующих, как известно [3, 4], переходам 47(5/2 и -»4/15/2.

Следует отметить, что между спектрами стационарной люминесценции и послесвечения имеется одно принципиальное различие, заключающееся в том, что в спектрах послесвечения в видимой области спектра полностью отсутствуют полосы излучения, связанные с переходами с более высоко-лежащих возбужденных уровней 2НШ и 2Яп/2. Данное отличие, вероятно, связано с различными механизмами заселения возбужденных уровней иона Ег3+ в (УигЕгх)2028 : Т1012М§0 04 при УФ-возбу-ждении и после прекращения возбуждения.

При УФ-возбуждении в первую очередь происходит заселение вышележащего возбужденного уровня 4С11/2, безызлучательные релаксации с которого приводят к заселению уровней 2НШ и 2Н1Ш, излучательные переходы с которых, как известно [3, 4], и приводят к появлению полос излучения в областях 520-535 и 556-570 нм. Заселение же нижележащих возбужденных уровней 453/2 и 4р9/2 происходит в результате излуча-тельных и/или безызлучательных переходов с уровней 2Н9/2 и 2Ни/1 ионов Ег3+ (рис. 1).

Совершенно другой механизм заселения возбужденных уровней 453/2 и 4^9/2 в ионе Ег3+ наблю-

дается после прекращения возбуждения изучаемых образцов. В данном случае указанные выше уровни, вероятно, заселяются непосредственно в результате передачи им энергии, аккумулированной центрами захвата, связанными с ионами титана, и которой недостаточно для возбуждения более высоко расположенных уровней гН9/2 и гН\\(2- В результате в спектрах послесвечения образцов (У^^Ет^О^ : Т10д2М&).04 в видимой области спектра регистрируются только полосы излучения, связанные с переходами с уровней 4£3/2 и 4Р9/2 на штарковские мультиплеты основного состояния 4/15/2 (рис. 2).

Таким образом, согласно приведенным на рис. 1 и 2 данным, зависимость интенсивностей титановой и эрбиевых полос излучения носит антибатный характер и может служить свидетельством перераспределения энергии возбуждения в пользу эрбиевых центров свечения. Кроме того, наличие в спектрах послесвечения полос излучения, обусловленных оптическими переходами в ионах Ег3+, также подтверждает существование эффективного канала передачи энергии от центров захвата к ионам Ег3+ после прекращения УФ-воз-буждения.

Следовательно, одновременное существование в изучаемой системе (У^^Ег^Ог^ : эрбиевых центров свечения и центров захвата, обусловленных ионами титана, а также наличие

канала передачи энергии возбуждения к ионам Ег3+ позволяет в зависимости от соотношения концентраций активирующих ионов синтезировать ЛДП с различным спектральным составом и яркостью послесвечения.

В то же время функциональные возможности системы (У,_лЕгх)2025 : этими свойствами

не исчерпываются. По нашему мнению, твердые растворы данного состава помимо длительного послесвечения могут обладать очень ценным для практического применения свойством - антистоксовой люминесценцией. Это предположение основывается на результатах ранее проведенных исследований по изучению антистоксовой люминесценции оксосульфидных люминофоров, активированных ионами Ег3+ [5-8]. Согласно результатам [5-8], Ьп2025 : Ег (где Ьп - У, вс1, Ёа) при возбуждении ИК-излучением в области 960 и 1550 нм обладают эффективной антистоксовой люминесценцией в видимой и ближней ИК-области спектра. В связи с этим вторая часть работы была посвящена изучению антистоксовой люминесценции концентрационной серии образцов (У^Ег^ОгЗ : при возбуждении ИК-излучением.

Результаты проведенных исследований позволили установить, что введение в ЛДП состава У2028 : Ti,Mg ионов Е

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»