Ефективність люмінесценції кераміки на основі ітрій алюмінієвого гранатулегованого церієм синтезованої радіаційним способом

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246379

Ключові слова:

білі світлодіоди, ітрій-алюмінієвий гранат, люмінофор, люмінесценція, синтез у полі радіації

Анотація

Різноманітність застосувань люмінесціюючих матеріалів на основі ітрій-алюмінієвого гранату (ІАГ) та необхідної для даних цілей морфології викликала необхідність розробки безлічі технологій їх синтезу. Всі використовувані технології синтезу складні. Структурна фаза ітрій-алюмінієвого гранату формується за будь-яких технологій, при температурах, що перевищують 1500 °C. Вихідними матеріалами для синтезу є оксиди алюмінію, ітрію та інших металів для активації та модифікації. Можливе використання жорсткого випромінювання для формування нової фази. Радіаційний синтез кераміки здійснюється менш ніж за 1 с, без використання будь-яких добавок і впливів.

Синтез проводився на прискорювачі електронів Інституту ядерної фізики (м. Новосибірськ). Проведено дослідження спектрально-кінетичних та кількісних характеристик люмінесценції вперше отриманих методом радіаційного синтезу зразків кераміки на основі ітрій-алюмінієвого гранату активованого церієм зі статистичною обробкою їх значень. Досліджено залежності відтворюваності спектральних характеристик люмінесценції зразків від попередньої підготовки шихти до синтезу. Виконано кілька циклів досліджень яскравості люмінофорів.

Показано, що отримана кераміка на основі ітрій-алюмінієвого граната, активованого церієм має необхідні спектрально-кінетичні властивості, досягнута ефективність перетворення випромінювання чіпа в люмінесценцію, порівнянна з наявною в промислових люмінофорах. Граничні вимірювані значення положення смуг становлять від 553,5 до 559,6 нм. Значення яскравості знаходяться в межах від 4720 до 1960 кд/м2.

Встановлено, що основною причиною розкиду характеристик люмінесцентних властивостей кераміки на основі ітрій-алюмінієвого гранату, активованого церієм, отриманої шляхом радіаційного синтезу є висока швидкість синтезу і, особливо, висока швидкість охолодження зразків.

Спонсор дослідження

  • The work was carried out within the framework of the grant AP08052050 of the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan. This research was supported by Tomsk Polytechnic University CE Program.

Біографії авторів

Gulnur Alpyssova, Karaganda Buketov University

Teacher, Senior Lecturer

Department of Radiophysics and Electronics

Victor Lisitsyn, Tomsk Polytechnic University

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

Department of Materials Science

School of Advanced Manufacturing Technologies

Mikhail Golkovski, Budker Institute of Nuclear Physics of Siberian Branch Russian Academy of Sciences

PhD, Senior Researcher

Laboratory of Industrial Electron Accelerators

Dossymkhan Mussakhanov, L.N. Gumilyov Eurasian National University

PhD, Senior Lecturer

Department of Radio Engineering, Electronics and Telecommunications

Zhakyp Karipbayev, L.N. Gumilyov Eurasian National University

PhD, Associate Professor

Department of Technical Physics

Tatyana Grechkina, Tomsk Polytechnic University

PhD, Associate Professor

Department of Materials Science

School of Advanced Manufacturing Technologies

Dana Karabekova, Karaganda Buketov University

PhD, Associate Professor

Department of Engineering Thermophysics named after Professor Zh.S. Akylbayev

Artem Kozlovskiy, Institute of Nuclear Physics, National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan

PhD, Associate Professor

Посилання

  1. Osipov, V. V., Ishchenko, A. V., Shitov, V. A., Maksimov, R. N., Lukyashin, K. E., Platonov, V. V. et. al. (2017). Fabrication, optical and scintillation properties of transparent YAG:Ce ceramics. Optical Materials, 71, 98–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.05.016
  2. Kenyon, A. (2002). Recent developments in rare-earth doped materials for optoelectronics. Progress in Quantum Electronics, 26 (4-5), 225–284. doi: https://doi.org/10.1016/s0079-6727(02)00014-9
  3. Sai, Q., Zhao, Z., Xia, C., Xu, X., Wu, F., Di, J., Wang, L. (2013). Ce-doped Al2O3−YAG eutectic and its application for white LEDs. Optical Materials, 35 (12), 2155–2159. doi: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2013.05.035
  4. Sils, J., Hausfeld, S., Clauß, W., Pahl, U., Lindner, R., Reichling, M. (2009). Impurities in synthetic fluorite for deep ultraviolet optical applications. Journal of Applied Physics, 106 (6), 063109. doi: https://doi.org/10.1063/1.3224879
  5. Gorbenko, V., Krasnikov, A., Nikl, M., Zazubovich, S., Zorenko, Y. (2009). Luminescence characteristics of LuAG:Pr and YAG:Pr single crystalline films. Optical Materials, 31 (12), 1805–1807. doi: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2008.11.030
  6. Pan, Y., Wu, M., Su, Q. (2004). Comparative investigation on synthesis and photoluminescence of YAG:Ce phosphor. Materials Science and Engineering: B, 106 (3), 251–256. doi: https://doi.org/10.1016/j.mseb.2003.09.031
  7. Ye, S., Xiao, F., Pan, Y. X., Ma, Y. Y., Zhang, Q. Y. (2010). Phosphors in phosphor-converted white light-emitting diodes: Recent advances in materials, techniques and properties. Materials Science and Engineering: R: Reports, 71(1), 1–34. doi: https://doi.org/10.1016/j.mser.2010.07.001
  8. Lin, C. C., Liu, R.-S. (2011). Advances in Phosphors for Light-emitting Diodes. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2 (11), 1268–1277. doi: https://doi.org/10.1021/jz2002452
  9. Kareiva, A. (2011). Aqueous Sol-Gel Synthesis Methods for the Preparation of Garnet Crystal Structure Compounds. Materials Science, 17 (4). doi: https://doi.org/10.5755/j01.ms.17.4.782
  10. Yadav, P., Gupta, K. V. K., Muley, A., Joshi, C. P., Moharil, S. V., Predeep, P. et. al. (2011). One Step Combustion Synthesis Of YAG:Ce Phosphor For Solid State Lighting. AIP Conference Proceedings. doi: https://doi.org/10.1063/1.3646823
  11. Lee, Y.-W., Wu, S.-H. (2018). Fabrication and performance assessment of coprecipitation-based YAG:Ce nanopowders for white LEDs. Microelectronic Engineering, 199, 24–30. doi: https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.07.011
  12. Chen, Y.-C., Nien, Y.-T. (2017). Microstructure and photoluminescence properties of laser sintered YAG:Ce phosphor ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 37 (1), 223–227. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.07.032
  13. Lisitsyn, V. M., Golkovskii, M. G., Lisitsyna, L. A., Dauletbekova, A. K., Musakhanov, D. A., Vaganov, V. A. et. al. (2019). MgF2-Based Luminescing Ceramics. Russian Physics Journal, 61 (10), 1908–1913. doi: https://doi.org/10.1007/s11182-019-01617-y
  14. Lisitsyn, V., Lisitsyna, L., Karipbayev, Z., Akilbekov, A., Mussakhanov, D., Dauletbekova, A. et. al. (2018). Kinetics of cathodoluminescence of LiF crystals doped with uranium. Journal of Physics: Conference Series, 1115, 052008. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/5/052008
  15. Lisitsyn, V., Lisitsyna, L., Dauletbekova, A., Golkovskii, M., Karipbayev, Z., Musakhanov, D. et. al. (2018). Luminescence of the tungsten-activated MgF2 ceramics synthesized under the electron beam. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 435, 263–267. doi: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2017.11.012
  16. Lisitsyn, V. M., Golkovsky, M. G., Musakhanov, D. A., Tulegenova, A. T., Abdullin, K. A., Aitzhanov, M. B. (2018). YAG based phosphors, synthesized in a field of radiation. Journal of Physics: Conference Series, 1115, 052007. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/5/052007
  17. Karipbayev, Z. T., Lisitsyn, V. M., Mussakhanov, D. A., Alpyssova, G. K., Popov, A. I., Polisadova, E. F. et. al. (2020). Time-resolved luminescence of YAG:Ce and YAGG:Ce ceramics prepared by electron beam assisted synthesis. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 479, 222–228. doi: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2020.06.046
  18. Mussakhanov, D. A., Tulegenova, A. T., Lisitsyn, V. M., Golkovski, M. G., Karipbayev, Z. T., Kupchishin, A. I., Stepanov, S. A. (2020). Effect of Annealing on the Luminescence of YAG:Ce and YAGG:Ce Ceramics Synthesized in a Radiation Field. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 84 (7), 799–802. doi: https://doi.org/10.3103/s1062873820070205
  19. Ţucureanu, V., Munteanu, D. (2019). Enhanced optical properties of YAG:Ce yellow phosphor by modification with gold nanoparticles. Ceramics International, 45 (6), 7641–7648. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.01.061
  20. Song, L., Dong, Y., Shao, Q., Jiang, J. (2018). Preparation of Y3Al5O12:Ce nanophosphors using salt microemulsion method and their luminescent properties. Journal of Materials Science, 53 (21), 15196–15203. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-018-2623-7
  21. Bucevac, D., Krstic, V. (2018). The effect of SiC addition on photoluminescence of YAG:Ce phosphor for white LED. Journal of the European Ceramic Society, 38 (16), 5519–5524. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.08.018
  22. Peng, Y., Mou, Y., Guo, X., Xu, X., Li, H., Chen, M., Luo, X. (2018). Flexible fabrication of a patterned red phosphor layer on a YAG:Ce3+ phosphor-in-glass for high-power WLEDs. Optical Materials Express, 8 (3), 605. doi: https://doi.org/10.1364/ome.8.000605
  23. Wang, Z., Zheng, R., Yu, K., Liu, C., Wei, W. (2019). The establishment and YAG:Ce-based WLED application of simulation data generation platform of light sources’ color characteristics. Optics Communications, 434, 230–238. doi: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.10.048
  24. Karipbaeyev, Z., Lisitsyn, V., Alpyssova, G., Grechkina, T., Kukenova, A., Mussakhanov, D., Shenarsheev, V. (2020). The Reproducibility of YAG:Ce Ceramics Formed by Electron Beam Assisted Synthesis. 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). doi: https://doi.org/10.1109/efre47760.2020.9242139
  25. Chao, A. W., Mess, K. H., Tigner, M., Zimmermann, F. (Eds.) (2013). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific, 848. doi: https://doi.org/10.1142/8543

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Як цитувати

Alpyssova, G., Lisitsyn, V., Golkovski, M., Mussakhanov, D., Karipbayev, Z., Grechkina, T., Karabekova, D., & Kozlovskiy, A. (2021). Ефективність люмінесценції кераміки на основі ітрій алюмінієвого гранатулегованого церієм синтезованої радіаційним способом. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (114), 49–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246379

Номер

Том 6 № 6 (114) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Gulnur Alpyssova, Victor Lisitsyn, Mikhail Golkovski, Dossymkhan Mussakhanov, Zhakyp Karipbayev, Tatyana Grechkina, Dana Karabekova, Artem Kozlovskiy

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.