Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ

1. Исследование структурного аспекта формирования оптических свойств в кристаллофосфорах Y3Al5O12:Ce3+/Lu2O3 С. Е. Кичанов, Е. В. Фролова, Г. П. Шевченко,Д.П.Козленко, Е. В. Лукин, Г. Е. Малашкевич, В. П. Глазков, Б. Н. Савенко Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ Лаборатория нейтронной физики ОИЯИ

2. Исследование новых материалов для светоизлучающих диодов 90 %

3. Исследование новых материалов для светоизлучающих диодов светоизлучающие диоды белого цвета свечения

4. Иттрий-алюминиевые гранат – перспективный материал для светоизлучающих диодов Y3Al5O12– «подарок природы» Твердотельные лазеры Y3Al5O12:Nd3+ Люминофор Y3Al5O12:Се3+ Высокая интенсивность люминесценции и смещение спектра вкраснуюобласть Размеры наночастиц Нужен способ получения YAG:Ce3+с контролем за параметрами на этапе химического синтеза Дорого Трудоемко Допирование: Y-Tb

5. Иттрий-алюминиевые гранаты, полученные коллоидно-химическим способом Люминофор для световых источников Lu Классический метод Коллоидный золь-гель Y Ce Ce Y Al Al «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем» БГУ • Люминофоры YAG:Ce3+/Lu2O3: • Высокая интенсивность свечения • Смещение в красную область • Контроль за оптическими свойствами • через исходные золи Что происходит? Какие химические и структурные предпосылки? Структурные механизмы? Лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка

6. Экспериментальные методы исследования Трудно синтезируемый объект – малые объемы образца Научный исследовательский центр «Курчатовский институт» Объединенный институт ядерных исследований Спектрометр ДН-12 Оптические свойства Институте физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси

7. Особенности оптических свойств иттрий-алюминиевых гранатов . Классический метод формирования YAG Оптическая спектроскопия 575-585 нм • Увеличение интенсивности в ~6 раз • Смещение в красную область

8. Особенности кристаллической структуры иттрий-алюминиевых гранатов Ia3d

9. Формирование оптических свойств иттрий-алюминиевых гранатов: структурный аспект Интенсивность свечения

10. Формирование оптических свойств иттрий-алюминиевых гранатов: структурный аспект Интенсивность свечения Увеличение параметра решетки Увеличение одной из межатомной связи формирование дефектной структуры в кислородной подрешетке золь золь Кристаллический-аморфный золь-золь Поверхностные эффекты золь-золь Гипотез не измышляю  Отжиг на воздухе: Дефектный Восстановленный

11. Формирование оптических свойств иттрий-алюминиевых гранатов: структурный аспект Интенсивность люминисценции После отжига

12. Формирование оптических свойств иттрий-алюминиевых гранатов: структурный аспект Как влияет дефектная структура на оптические свойства? Дефектная структура в соединении YAG:Ce3+ Антиструктурные дефекты типа Y3+Al Кислородные вакансии • Дополнительное окисление ионов церия • Фононы • Искажения кристаллического окружения ионов церия • Появление медленная компонента затухания люминесценции • УХУДШЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ Как еще может влиять введение оксида Lu2O3в исходную матрицу YAG:Ce? Химическое взаимодействие Формирование дополнительных фаз или соединений (Y3-xLux)Al5O12 Lu3Al5O12 Lu2O3

13. Исследование структурного аспекта формирования оптических свойств в фосфорах Lu3Al5O12:Ce3+/Lu2O3 Lu3Al5O12:Ce3+ + Lu2O3 Эффект от химического взаимодействия отсутствует Прямое влияние оксида лютеция на структурные и оптические свойства формирование дефектной структуры в кислородной подрешетке - есть LuAG:Ce Антиструктурные дефекты Lu3+Al Кислородные вакансии LuAG:Ce + Lu2O3 Идуцированное химическим взаимодействием перераспределение ионов церия между LuAG:Ceи Lu2O3 Уменьшение интенсивности люминесценции Смещения длины волны люминесценции нет

14. Исследование структурного аспекта формирования оптических свойств в фосфорах гранатов/Lu2O3 Увеличение интенсивности люминесценции Lu3Al5O12 Y3Al5O12 Lu3Al5O12 (Y3-xLux)Al5O12 Lu2O3 Ионы церия излучают Ионы церия излучают Ионы церия излучают Ионы церия не излучают Большое количество оптически-активных центров в системе Значительно уменьшилось количество оптически-активных центров в системе

15. Исследование структурного аспекта формирования оптических свойств в фосфорах гранатов/Lu2O3 Смещение пиков люминесценции в красную область спектра Различное кристаллическое окружение иона-активатора Lu3Al5O12 Lu3Al5O12 Lu3Al5O12 (Y3-xLux)Al5O12

16. Исследование структурных и химических аспектов формирования оптических свойств в фосфорах гранатов/Lu2O3 Механизмы формирования оптических свойств гранатов, синтезированных золь-гель коллоидным методом синтеза • В процессе синтеза формируется устойчивая дефектная структура в кислородной подрешетке: • Положительное влияние на введение оптически-активных ионов церия Ce3+ в кристаллическую матрицу гранатов • Формируется сложная композитная система: гранаты и их продукты химического взаимодействия с золями оксидов • Ионы церия оптически активны в продуктах реакции – увеличение интенсивности люминесценции • Ионы церия находятся в неизлучательном состоянии – подавление люминисценции • КОНТРОЛЬ ЗА СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНИСЦЕНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ НА ЭТАПАХ ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЧЕРЕЗ ФОРМИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ КОМПОЗИТНОЙ СИСТЕМЫ

17. Выводы ХИМИЯ: Применен коллоидный метод синтеза кристаллофосфоровYAG:Ceи LuAG:Ce, при котором формируется сложная композитная система с возможностью тонкого контроля за ее составом. Формируется дефектная структура в исходных соединениях гранатов, которая облегчает введение ионов церия в матрицу. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ: Метод нейтронной дифракции успешно применен для исследования особенностей кристаллической структуры сложных оксидных люминофоров YAG:Ceи LuAG:Ce. Обнаружена дефектная структура в кислородной подрешетке этих люминофоров, детально исследована особенности кислородного додекаэдра вокруг оптически-активных ионов церия. ОПТИКА: Представленные материалы характеризуются высокой интенсивностью люминесценции и смещением ее длины волны из-за перераспределения оптически-активного иона церия между различными компонентами сложной композитной системы.

18. Спасибо за внимание