Meldra Ķemere

Retzemju jonu luminiscences un enerģijas pārneses pētījumi oksifluorīdu stiklos un stikla keramikās

Meldra Ķemere, Uldis Rogulis
Latvijas Universitātes Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultāte, Latvijas Universitāte Cietvielu fizikas institūts

Retzemju jonus raksturo spēja luminiscēt dažādu veidu iedarbības ietekmē, ļaujot tos pielietot dažādos sensoros un optiskās ierīcēs, tai skaitā, apgaismes ierīcēs. Tomēr luminiscences īpašības ir stipri atkarīgas no materiāla, kurā retzemju joni ir iestrādāti, kā arī starp retzemju joniem materiālā pastāv mijiedarbība, kas var pastiprināt vai dzēst luminiscenci.

Oksifluorīdu stikla keramikas materiāli ir plaši pētīti, jo tiem piemīt ķīmiskā, termiskā un mehāniskā stabilitāte, tādēļ fluorīdu materiālu zemā fononu enerģija ļauj iegūt augstu luminiscences efektivitāti. Eu3+ joniem piemīt intensīva luminiscence sarkanajā spektra daļā, un bieži tie tiek lietoti pārī ar Dy3+ vai Tb3+ joniem. Šajos retzemju jonu pāros var notikt enerģijas pārnese no viena veida uz otra veida joniem, kas prasa papildus pētījumus, jo ietekmē izstarotās gaismas krāsu.

Pētījuma ietvaros sintezētas oksifluorīdu stiklu paraugu sērijas ar sastāvu SiO2-Al2O3-Na2O-SrF2un SiO2-Al2O3-CaO-CaF2, kuras aktivētas ar retzemju jonu pāriem dažādās koncentrācijās: Eu3+-Dy3+ (0.5-2 mol%) un Eu3+-Tb3+(0-1 mol%). Karsējot stikla paraugus 650–750⁰C temperatūrā 1-4 stundas, iegūtas stikla keramikas, kuras satur attiecīgi SrF2 vai CaF2 nanokristalītus. Veikti fotoluminiscences, luminiscences ierosmes un dzišanas kinētiku mērījumi, kā arī struktūras pētījumi, izmantojot atbilstošas pētījumu metodes (rentgenstaru difrakcija, skenējošā elektronu mikroskopija).

Ar Eu3+ un Tb3+ aktivētos stikla keramiku paraugos, kuri satur SrF2, novērojama abu veidu retzemju jonu iebūvēšanās SrF2 kristalītos, par ko liecina izmaiņas paraugu luminiscences spektros un luminiscences dzišanas kinētikās –luminiscences dzišanas laiki stikla keramikā pieaug, norādot uz iebūvēšanos vidē ar zemāku fononu enerģiju (t.i. fluorīdu kristalītos). Luminiscences dzišanas kinētiku analīze norāda uz enerģijas pārnesi no Tb3+ uz Eu3+ joniem ar efektivitāti līdz 40%. Ar Eu3+ un Dy3+ aktivētās stikla keramikās, retzemju jonu iebūvēšanās fluorīdu kristalītos ir mazāk izteikta, tomēr ir novērojamas izmaiņas luminiscences dzišanas kinētikās un ir konstatēta enerģijas pārnese no Dy3+ uz Eu3+ joniem, kuras efektivitāte stikla keramikās nedaudz pieaug, salīdzinot ar stikla paraugiem.Pētīto paraugu izstarotais luminiscences spektrs ir pielāgojams, mainot retzemju jonu koncentrāciju paraugos un stikla keramikas paraugu iegūšanas apstākļus (karsēšanas temperatūru un ilgumu).

Autori atbalsta mecenāts SIA “Mikrotīkls”. Ziedojumu administrē Latvijas Universitātes fon