Синтез и исследование свойств композитной керамики LuAG: Ce / Al2O3
В.А. Лапин, А.А. Кравцов, В.Е. Супрунчук, Л.В. Тарала, Е.В. Медяник, Ф.Ф. Малявин
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.157
Оригинальная статья
Аннотация: Целью данной работы являлось изучение влияния содержания примеси оксида алюминия на особенности вакуумного спекания, оптические и люминесцентные свойства композитной керамики LuAG: Ce / Al2O3. Были синтезированы керамические порошки LC-1, LC-2, LC-3 состава Lu2,98Ce0,02Al5O12 / Al2O3, где содержание корунда составляло 0, 10, 20 масс.% соответственно. Исследована динамика усадки керамических компактов методом дилатометрии, морфология и элементный анализ поверхности спеченной керамики LuAG:Ce / Al2O3 – методом сканирующей электронной микроскопии, получены спектры светопропускания и люминесценции. Показано, что с ростом содержания корунда в составе керамического порошка растут температуры начала и конца усадки. Остаточная пористость при этом концентрируется в участках керамики, содержащей преимущественно кристаллиты корунда, как материала с большей температурой спекания. Выявлено, что включения фазы корунда препятствует неконтролируемому разрастанию зерен керамики. Состав с содержанием корунда 10 масс.% показал наибольшее значение интенсивности люминесценции. При этом с увеличением доли корунда в композитной керамике наблюдалось незначительное уширение спектров люминесценции.
Ключевые слова: LuAG:Ce, оксид алюминия, керамика, люминесценция, оптические свойства, спекание
- Лапин Вячеслав Анатольевич – к.т.н., старший научный сотрудник сектора физико-химических методов исследования и анализа научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред, научно-лабораторный комплекс чистых зон, Физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Кравцов Александр Александрович – к.т.н., заведующий сектором синтеза нанопорошков научноисследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, Физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Супрунчук Виктория Евгеньевна – к.х.н., старший научный сотрудник, сектор синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научнолабораторного комплекса чистых зон, Физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Тарала Людмила Викторовна – научный сотрудник сектора синтеза нанопорошков научноисследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, Физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Медяник Евгений Викторович – научный сотрудник сектора спекания керамики научноисследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научнолабораторного комплекса чистых зон, Физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Малявин Федор Федорович – заведующий сектором спекания керамики научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, Физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
Ссылка на статью:
Лапин, В.А. Синтез и исследование свойств композитной керамики LuAG: Ce / Al2O3 / В.А. Лапин, А.А. Кравцов, В.Е. Супрунчук, Л.В. Тарала, Е.В. Медяник, Ф.Ф. Малявин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 157-168. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.157.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Liu, I. 50 mm-aperture Nd:LuAG ceramic nanosecond laser amplifier producing 10 J at 10 Hz / I. Liu, T. Feng, Z. Sui et al. // Optics Express. – 2019. – V. 27. – I. 11. – P. 15595-15603. DOI: 10.1364/OE.27.015595.
2. Chen, X. Influence of cerium doping concentration on the optical properties of Ce, Mg: LuAG scintillation ceramics / X. Chen, Z. Hu, M. Cao et al. // Journal of the European Ceramic Society. – 2018. – V. 38. – I. 9. – P. 3246-3254. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.03.023.
3. Zhang, Y. Pore-existing Lu3Al5O12:Ce ceramic phosphor: An efficient green color converter for laser light source / Y. Zhang, S. Hua, Z. Wanga, G. Zhoua, S. Wanga // Journal of Luminescence. – 2018. – V. 197. – P. 331-334. DOI: 10.1016/j.jlumin.2018.01.014.
4. Hu, S. Transparent YAG : Ce ceramics for WLEDs with high CRI : Ce 3+ concentration and sample thickness effects / S. Hu, C. Lu, G Zhou et al. // Ceramics International. – 2016. – V. 42. – I. 6. – P. 6935-6941. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.01.079.
5. Lago, M.D. Phosphors for LED-based light sources: thermal properties and reliability issues / M.D. Lago, M. Meneghini, N. Trivellin et al. // Microelectronics Reliability. – 2012. – V. 52. – I. 9-10. – P. 2164-2167. DOI: 10.1016/j.microrel.2012.06.036.
6. Zhao, C. Synthesis and luminescence properties of color-tunable Ce, Mn co-doped LuAG transparent ceramics by sintering under atmospheric pressure / C. Zhao, Y. Duan, H. Lin, et al. // Ceramics International. – 2020. – V. 47. – I. 7. – P. 9156-9163. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.12.040.
7. Kim, H.T. Green light-emitting Lu3Al5O12:Ce phosphor powders prepared by spray pyrolysis / H.T. Kim, J.H. Kim, J.-K. Lee, Y.C. Kang // Materials Research Bulletin. – 2012. – V. 47. – I. 6. – P. 1428-1431. DOI: 10.1016/j.materresbull.2012.02.050.
8. Кравцов, А.А. Исследование люминесценции YAG:Ce, допированного наночастицами серебра / А.А. Кравцов, И.С. Чикулина, Д.С. Вакалов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 220-227. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.220.
9. Mares, J.A. Time development of scintillating response in Ce- or Pr-doped crystals / J.A. Mares, A. Beitlerova, M. Nikl et al. // Physica Status Solidi (C). – 2007. – V. 4. – I. 3. – P. 996-999. DOI: 10.1002/pssc.200673858.
10. Shi, Y. Dense Ce3+ doped Lu3A15O12 ceramic scintillators with low sintering adds: Doping content effect, luminescence characterization and proton irradiation hardness / Y. Shi, Y. Zhao, M. Cao et al. // Journal of Luminescence. – 2020. – V. 225. – Art. № 117336. – 7 p. DOI: 10.1016/j.jlumin.2020.117336.
11. Kim, S. Pore characteristics for improving luminous efficacy of phosphor-in-glass / S. Kim, H. Yie, S. Choi et al. // Optics Express. – 2015. – V. 23. – I. 24. – P. A1499-A1511. DOI:10.1364/OE.23.0A1499.
12. Bechtel, H. Lumiramic: a new phosphor technology for high performance solid state light sources / H. Bechtel, P. Schmidt, W. Busselt, B.S. Schreinemacher // Proceedings of SPIE, Eighth International Conference on Solid State Lighting, 2 September 2008, San Diego. – 2008. – V. 7058. – Art. id. 70580E, – 10 p. DOI: 10.1117/12.794941.
13. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.06.2023.
14. Kravtsov, A.A. Nucleation and growth of YAG: Yb crystallites: A step towards the dispersity control / A.A. Kravtsov, I.S. Chikulina, V.A. Tarala et al. // Ceramics International. – 2020. – V. 46. – I. 18. – P. 28585-28593. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.08.016.
15. Антонов, Д.А. Корундовая керамика для мелющих тел с пониженной температурой спекания / Д.А. Антонов, С.С. Павлов, Н.А. Макаров // Современные методы и технологии создания и обработки материалов. – 2018. – Вып. 1. – С. 12-21.
16. Zhou, C. Synthesis, sintering and characterization of porous nano-structured CaP bioceramics prepared by a two-step sintering method / C. Zhou, P. Xie, Y. Chen et al. // Ceramics International. – 2015. – V. 41. – I. 3. – P. 4696-4705. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.12.018.
17. Al-Aqeeli, N. The synthesis of nanostructured WC-based hardmetals using mechanical alloying and their direct consolidation / N. Al-Aqeeli, N. Saheb, T. Laoui, K. Mohammad // Journal of Nanomaterials. – 2014. – V. 2014. – Art. id. 640750. – 16 p. DOI: 10.1155/2014/640750.
18. Fang, M.-H. Control of narrow-band emission in the phosphor materials for the application in light-emitting diodes / M.-H. Fang, J.L. Leano, R.-S. Liu // ACS Energy Letters. – 2018. – V. 3. – I. 10. – P. 2573-2586. DOI: 10.1021/acsenergylett.8b01408.