مقایسه و بررسی تأثیر اکسید سریوم و سولفات سریوم بر رفتار نوری شیشه و شیشه سرامیک یاگ

محورهای موضوعی : سرامیک ها و مواد نسوز

آیدا فایقی نیا ¹

1 - پژوهشگاه مواد وانرژی

تاریخ دریافت : 1402/04/18 تاریخ پذیرش : 1402/08/23 تاریخ انتشار : 1403/10/12

کلید واژه: یاگ, شیشه سرامیک, نورتابی, شیشه, سریوم,

چکیده مقاله :

در این مقاله جهت تهیه شیشه و شیشه –سرامیک یاگ سیلیکاتی به روش ذوب از دو نمک سولفات سریوم و اکسید سریوم استفاده شد. طبق نتایج آنالیز نورتابی در هر دو شیشه، طیف نشر در بازه 460 و 420 نانومتر مربوط به یون سریوم با تهییج 240 نانومتر وجود داشتند. نشان داده شد که با عملیات حرارتی، کریستال گارنت (در نمونه سولفات دار) کمتر از نمونه حاوی اکسید سریوم تشکیل شد. نشر ایجاد شده در هر دو شیشه -سرامیک توسط فازهای سیلیکاتی با تهییج توسط 240 نانومتر در بازه طول‌موج 460 نانومتر به دست آمد. همچنین، طول‌موج‌های 534 و 660 نانومتر با تهییج توسط طول‌موج 340 نانومتری به دست آمدند. عملیات حرارتی با سه روش جداگانه بر روی نمونه‌ها در کوره تیوبی انجام شد که شامل اتمسفر اکسیدی در یک مرحله، سینترینگ پودر با SPS و به‌صورت دو مرحله‌ای در اتمسفر هیدروژنی انجام شد. طبق نتایج XRD مدت‌زمان عملیات حرارتی 24 ساعت و دمای 1060 درجه سانتی‌گراد بر ورود سریوم به داخل ساختار گارنت تأثیر می‌گذارد. در نهایت با مقایسه نتایج اسپکتروسکوپی نوری، پاسخ نوری نمونه شیشه –سرامیک گارنتی سنتز شده در اتمسفر هیدروژن، در طول‌موج 400 نانومتر ایجاد می‌شود. بدین ترتیب ادعا می‌شود این مواد گارنتی در صنعت LED می‌تواند مورد استفاده واقع شوند.

چکیده انگلیسی:

In this study, for preparation of theYAG silicate glass and glass-ceramic by melting method the cerium sulfate and cerium oxide salts were used separately.According to Luminescence results of both glasses there were emissions spectrums in the range of 460 and 420 nm wavelength related to cerium ions. It was shown that by heating treatment, garnet crystal (in sulfated sample) formed less than the sample with cerium oxide. The emission of both glass-ceramics caused by excitation at 240 nm in the range of 460 nm wavelength. Also, the 534 and 660 nm wavelengths emissions were obtained by 340 nm wavelength excitation. Heat treatments were done by oxidic atmosphere in tubular furnace (single step) and powder SPS sintered powder and in hydrogen atmosphere in two steps. According to XRD results the 24 hrs. heat treating time and the 1060˚C temperature has an effect on the entry of cerium into the garnet structure. Finally by comparing the spectroscopy results the optical response of the garnet glass-ceramic synthesized in the hydrogen atmosphere is obtained at a wavelength of 400 nm. It is claimed that this garnet can be applied in LED industr.

منابع و مأخذ:

[1] X. Sun, J. Wen, Q. Guo, F. Pang, Z. Chen, Y. Luo, G. Peng & T. Wang, "Fluorescence properties and energy level structure of Ce-doped silica fiber materials", Optical Materials Express, vol. 7, pp. 751-759, 2017.

[2] V. D. Paygin, A. E. Ilela, D. E. Deulina, G. V. Lyamina, S. A. Stepanov & T. R. Alishin, "The XVIII International Conference on Prospects of Fundamental Sciences Development (PFSD 2021) 27-30 April 2021", Tomsk, Russia, vol. 2, 1989.

[3] E. S. Dvilis, O. L. Khasanov, D. T. Valiev & M. Kalashnikov, "Spark plasma sintering of transparent YAG:Ce ceramics withLiF flux", Journal of Physics: Conference Series, 1989 (2021) 012008, IOP Publishing.

[4] Y. Pan, M. Wu & Q. Su, "Comparative investigation on synthesis and photoluminescence of YAG:Ce phosphor", Material Science and Engineering, vol. 106, pp. 251–256, 2004.

[5] A. Saat, H. Harun & Z. Hamzah, "Synthesis and characterization of YAG: Ce prepared by solid state reaction method", Malaysian Journal of Analytical Science, vol. 15, pp. 101–105, 2011.

[6] C. S. Chou, C. Y. Wu, C. H. Yeh, R. Y. Yang & J. H. Chen, "The optimum conditions for solid-state-prepared (Y3–xCex) Al5O12 phosphor using the Taguchi method", Advance Powder Technology, vol. 23, pp. 97–103, 2012.

[7] A. Lakshmanan, R. S. Kumar, V. P. Sivakumar, C. Thomas & M. T. Jose, "Synthesis, photoluminescence and thermal quenching of YAG:Ce phosphor for white light emitting diodes", Indian Journal of. Pure Applied Physics, vol. 49, pp. 303–307, 2011.

[8] L. Wang, L. Mei, G. He, J. Li & L. Xu, "Preparation of Ce:YAG Glass-Ceramics with Low SiO2", Journal of American Ceramic Society, vol. 94, pp. 3800–3803, 2011.

[9] H. Tagawa, "Thermal decomposition temperatures of metal sulfates", Thermochemical Acta, vol. 80, pp. 23–33, 1984.

[10] W. W. Wendlandt, "The thermal decomposition of yttrium and the rare earth metal sulphate hydrates", Journal of Inorganic. Nuclear Chemistry, pp. 751-754, 1985.
[11] U. Berwal, V. Singh & R. Sharma, "Effect of Ce4+→Ce3+ conversion on the structural and luminescence properties of Ce4+ doped Gd2Ti2O7 pyrochlore oxide", Journal of Luminescence, vol. 257, pp. 119-687, 2023.

[12] E. R. Kupp, S. Kochawattana, SH. Lee & et al, "Particle size effects on yttrium aluminum garnet (YAG) phase formation by solid-state reaction", Journal of Materials Research, vol. 29, pp. 2303–2311, 2014.

[13] J. Maeng & S. C. Choi, "The Effect of Cerium Reduction on Light Emission in Cerium-containing 20Y2O3-25Al2O3-55SiO2 Glass", Journal of the Optical Society of Korea, vol.16, pp. 414-417, 2012.

[14] V. Tucureanu, A. Matei & A. M. Avram, "Synthesis and characterization of YAG:Ce phosphors for white LEDs", Opto-Electronics Review, vol. 23, pp. 239-251, 2015.

[15] ع. گلشنی عجب‌شیر، م. رضوانی و م. ص. شاکری، "بررسی شیشه سرامیک‌های شفاف Li2O-Al2O3-SiO2 در حضور آلاینده‌ی، فرایندهای نوین در مهندسی مواد"، دوره 9، شماره 4، صفحه 21-26، 1394.