Подбор оптимальных условий ионообменного синтеза нанопорошков алюмоиттриевого граната на катионообменной матрице
А.В. Шергин1, П.К. Шидловская1, Е.А. Белая1, В.В. Фадеев2
1 ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
2 ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.898
Оригинальная статья
Аннотация: В данной работе представлен ионообменный метод синтеза порошков алюмоиттриевого граната с использованием синтезированного катионообменного материала на основе сульфированного полистирола. Данный материал получен методом гетерогенного сульфирования полистирола с
использованием концентрированной серной кислоты. Определены оптимальные условия проведения синтеза, а именно: количество необходимого катионообменного материала, время выдержки в растворе, содержащем катионы Y3+ и Al3+, условия термообработки. Установлено, что соблюдение данных условий позволяет получать монофазные продукты с максимальным выходом. При отклонении от оптимальных условий конечный продукт загрязнен остатками органической матрицы и промежуточным продуктом Y4Al2O9. Методами порошковой рентгенографии определен фазовый состав полученных образцов, который отвечает структуре граната с пространственной группой симметрии Ia3d. В работе представлены исследования морфологии поверхности частиц и определены размеры частиц порошка методом сканирующей электронной микроскопии. Образцы представляют собой наночастицы хлопьевидной формы, размер частиц варьируется от 30 до 100 нм, частично агрегированные в кластеры размерами от 1 до 10 мкм.
Ключевые слова: ионообменный синтез, алюмоиттриевый гранат, оптические материалы, нанопорошки, катионообменный материал, органическая матрица, сульфированный полистирол
- Шергин Александр Владимирович – аспирант 3 года обучения, ассистент кафедры химии твердого тела и нанопроцессов, ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
- Шидловская Полина Константиновна – студент 2 курса химического факультета, ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
- Белая Елена Александровна – к.х.н, доцент, заведующий кафедрой химии твердого тела и нанопроцессов, ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
- Фадеев Владислав Владимирович – лаборант-исследователь лаборатории экологических проблем постиндустриальной агломерации, ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)»
Ссылка для цитирования:
Шергин, А.В. Подбор оптимальных условий ионообменного синтеза нанопорошков алюмоиттриевого граната на катионообменной матрице / А.В. Шергин, П.К. Шидловская, Е.А. Белая, В.В. Фадеев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 898-905. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.898. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Yin, X. Nd3+:YAG transparent ceramics sintered under atmospheric pressure for improving the color gamut of LED-lit LCD / X. Yin, H. Lin, D. Zhang, R. Hong, S. Zhou // Optical Materials. – 2021. – V. 119. – Art. № 111346. – 8 p. DOI: 10.1016/j.optmat.2021.111346.
2. Chaika, M. Advancements and challenges in sintering of Cr4+:YAG: a review / M. Chaika // Journal of the European Ceramic Society. – 2024. – V. 44. – I. 13. – P. 7432-7450. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2024.05.050.
3. Sharma, A. Experimental analysis of Nd-YAG laser cutting of sheet materials–A review / A. Sharma, V. Yadava // Optics & Laser Technology. – 2018. – V. 98. – P. 264-280. DOI: 10.1016/j.optlastec.2017.08.002.
4. Berends, A.C. YAG:Ce3+ phosphor: from micron-sized workhorse for general lighting to a bright future on the nanoscale / A.C. Berends, M.A. van de Haar, M.R. Krames // Chemical Reviews. – 2020. – V. 120. – I. 24. – P. 13461-13479. DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00618.
5. Alekseeva, L.S. Radiation resistance of fine-grained YAG:Nd ceramics irradiated with swift heavy multi-charged Ar and Xe ions / L.S. Alekseeva, A.V. Nokhrin, P.A. Yunin et al. // Ceramics International. – 2024. – V. 50. – I. 24. – P. 55251-55262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.10.378.
6. Belogurov, S. Properties of Yb-doped scintillators: YAG, YAP, LuAG / S. Belogurov, G. Bressi, G. Carugno, Y. Grishkin // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2004. – V. 516. – I. 1. – P. 58-67. DOI: 10.1016/j.nima.2003.07.042.
7. Wildfire, C. Solid-state synthesis of YAG powders through microwave coupling of oxide/carbon particulate mixtures / C. Wildfire, E.M. Sabolsky, M.J. Spencer, D. Shekhawat // Ceramics International. – 2017. – V. 43. – I. 14. – P. 11455-11462. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.06.020.
8. Liu, Q. Solid-state reactive sintering of YAG transparent ceramics for optical applications / Q. Liu, J. Liu, J. Li et al. // Journal of alloys and compounds. – 2014. – V. 616. – P. 81-88. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.06.013.
9. You, Z. Effects of atmosphere and temperature on luminescence property of YAG:Ce synthesized by co-precipitation method / Z. You, K. Yue, J. Zhang et al. // Optik. – 2019. – V. 176. – P. 241-245. DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.09.076.
10. Wang, L. Preparation and photoluminescence properties of YAG:Ce3+ phosphors by a series of amines assisted co-precipitation method / L. Wang, F. Zhao, M. Zhang et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2016. – V. 661. – P. 148-154. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.11.106.
11. Guo, Q. Luminescence characterizations of YAG:Ce crystal via sol-gel method for radiotherapy / Q. Guo, M. Li, D. Gu et al. // Optical Materials. – 2020. – V. 109. – Art. № 110297. – 6 p. DOI: 10.1016/j.optmat.2020.110297.
12. Pakalniskis, A. Sol-gel synthesis and study of praseodymium substitution effects in yttrium aluminium garnet Y3-xPrxAl5O12 / A. Pakalniskis, A. Marsalka, R. Raudonis et al. // Optical Materials. – 2021. – V. 111. – Art. № 110586. 7 p. DOI: 10.1016/j.optmat.2020.110586.
13. Pugina, R. S. Nd3+:YAG microspheres powders prepared by spray pyrolysis: Synthesis, characterization and random laser application / R.S. Pugina, E.G. Hilário, E.G. da Rocha et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2021. – V. 269. – Art. № 124764. – 10 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.124764.
14. Шергин, А.В. Ионообменный синтез редкоземельных форм алюмоиттриевого граната на катионообенной матрице / А. В. Шергин, Е. А. Белая // Журнал структурной химии. – 2025. – Т. 66. – № 6. – Ст. № 146462. – 12 с. DOI: 10.26902/JSC_id146462.
15. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.02.2025.