بررسی خواص اپتیکی شیشه های لانتانیوم باریوم فلوریدی با استفاده از آلاینده تربیوم فلورید

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

ایدا فایقی نیا ¹

1 - دانشیار گروه سرامیک‌های مهندسی، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی.

تاریخ دریافت : 1403/08/12 تاریخ پذیرش : 1403/12/27 تاریخ انتشار : 1404/10/02

کلید واژه: شیشه لانتانیوم باریم فلورید لومینسانس خواص اپتیکی,

چکیده مقاله :

شیشه‌های لانتانوم باریم فلوراید  که با عناصر خاکی نادر آلاییده شده‌اند، یک طبقه از مواد با خواص نوری جالب هستند. این شیشه‌ها انرژی‌های فونون پایینی دارند که آنها را برای کاربردهای مادون‌قرمز IR مانند فیبر نوری، تقویت‌کننده‌های نوری و سیستم‌های لیزر مناسب می‌سازد. در کار حاضر شیشه  با روش ذوب و کوئنچ تهیه شد و آزمون‌های اسپکتروسکوپی و آنالیز حرارتی و فوتولومینسانس بر روی نمونه‌ها انجام شد. طبق محاسبات مربوط به نمودارهای جذب، انرژی باند ممنوعه مستقیم، برای شیشه‌هایی با 0 و 8/0 و 5/1% درصد وزنی تربیوم فلورید، به ترتیب 68/3 و 82/3 و 1/3 الکترون‌ولت و غیرمستقیم 01/4 و 82/3 و 33/3 الکترون‌ولت می‌باشند. با توجه به محاسبات، حجم مولی شیشه با افزایش تربیوم فلورید کاهش می‌یابد که همین امر در باند ممنوعه تأثیر می‌گذارد. طبق آنالیز لومینسانس تهییج شیشه‌ها با 250 نانومتر منجر به نشر در بازه طول‌موج 491 و 543 نانومتر در نمونه دوپ شده می‌رسد. با افزایش تربیوم تا 5/1 درصد مولی شدت پاسخ نوری نمونه شیشه کاهش می‌یابد. عملیات حرارتی برای تولید شیشه سرامیک با 8/0 مول درصد Tb منجر به انتشار سبز مشخصه تحت تحریک 358 نانومتر شد. با این حال، افزایش محتوای دوپ به 5/1 درصد مولی منجر به کاهش شدت نورتابی نور شد. کاهش شدت فوتولومینسانس در غلظت‌های بالاتر دوپ احتمالاً به دلیل قطبش کمتر شیشه است. این مطالعه تعامل پیچیده بین غلظت ناخالصی، ساختار شیشه و خواص نوری را نشان می‌دهد و اهمیت کنترل ترکیب دقیق را در طراحی این مواد برای کاربردهای خاص برجسته می‌کند.

چکیده انگلیسی:

Glasses with the chemical composition of LaF₃ 11BaF₂ ,15SiO₂ ,15Al₂O₃ ,4CaO, 10K₂O TbF₃(x=0.8, 1, 1.5%) were prepared. The boundary gap of glasses with 0, 0.8, and 1.5 % wt% of terbium fluoride are 3.68, 3.82 and 3.1 eV. The photoluminescence response of glasses by 250 nm excitation, are weak corresponded to nan radiative relaxation. In the case of 0.5 mol Tb addition the blue and green emission resulted from 4D5-4F3 energy transition levels were observed but in the case of excitation by 230nm CTS mechanism caused to blue emission. by heat treating and producing glass-ceramic in the case of 0.8 mol Tb the characteristic green emission by 250 nm wavelength were observed which the pl intensity decrease by increasing the Tb content up to 1.5% mol. resulted from the decreased optical basicity and low polarity of related glass composition.

منابع و مأخذ:

[1] H. Fu, X. Qiao, S. Cui, Q. Luo, J. Qian, X. Fan & X. Zhang, "Tunable white light emission from glass-ceramics containing Eu2+, Tb3+, Eu3+ co-doped SrLaF5 nanocrystals", Materials Letters, vol. 71, pp. 15–17, 2012.

[2] S. Arora, V. Kundu, D. R. Goyal & A. S. Maan, "Effect of Annealing on Optical Properties of Glasses", Spectroscopy, vol. 3, 2012.

[3] T. Zhao, L. Hu & J. Ren, "Fluorophosphate Upconversion-Luminescent Glass-Ceramics Containing Ba2LaF7:Er3+ Nanocrystals: An Advanced Solid-State Nuclear Magnetic Resonance Study", Journal of Physical Chemistry C, vol. 125, no. 48, pp. 26901−26915, 2021.

[4] A. Kumar, M. K. Sahu, S. Dahiya, N. Deop, A. Malik & R. Punia, "Spectral characteristic of Tb3+-doped ZnF2-K2O-AL2O3-B2O3glasses for epoxy-freetricolor W-LED and visible green laser application", Journal of Luminescence, vol. 244,pp.11876, 2018.

[5] S. Ouyang, W. Zhang, Z. Zhang & Y. Zhang, "Near-Green-Emitting Tb3+-Doped Transparent Glass Ceramics Containing Ba2LaF7 Nanocrystals for Application in White Light-Emitting Diodes", Journal of Applied Spectroscopy, vol. 83, pp. 123-130, 2016.

[6] L. Farahinia, M. Rezvani & A. Ahmadi Kordlar, "Influences of GdF3 content on the optical properties of Gd3+/Tb3+-codoped oxyfluoride glasses and glass ceramics containing BaF2", Ceramics International, vol. 50, no. 27, pp. 17624–17635, 2024.

[7] X. Yang, M. Zhang, H. Ma, X. Xu & X. Yu, "Self-Crystallized Ba2LaF7 Glass Ceramics with High Thermal-Stability for White Light-Emitting-Diodes and Field Emission Displays", Journal of Solid State Science and Technology, vol. 10,2019.

[8] S. Wageh, M. El-Nahas, A. Higazy & A. M. Mahmoud, "Preparation and characterization of a novel system of CdS nanoparticles embedded in borophosphate glass matrix", Alloys and Compounds, vol. 555, pp. 161-168, 2012.

[9] Z. Strnad, "Glass-Ceramic MaterialsLiquid Phase Separation, Nucleation and Crystallization in Glasses", Elsevier,-Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo, vol. 8, p. 268, 1986.

[10] S. Bhattacharyya, T. Höche, N. Hemono, M. J. Pascual, P. A. van Aken , J. Cryst, "Nano-crystallization in LaF3–Na2O–Al2O3–SiO2 glass", Growth, vol. 311 pp. 4350–4355, 2009.

[11] H. Hosono, Z. Zhang, Y. Abe, J. Am. Ceram. "Porous Glass-Ceramic in the CαO–TiO2–P2O5 System", Soc, vol. 72, pp. 1587–1590, 1989.

[12] J. W. Wang, H. W. Song, B. J. Sun, X. G. Ren, B. J. Chen & W. Xu, "Light-induced luminescent enhancement and structural change in cubic nanocrystallineY2O3:Tb", Chemical Physics Letters, vol. 379, no, 5-6, pp. 507–511, 2003.

[13] J. Chen, Y. Liu, M. Fang, Z. Huang, "Luminescence Properties and Energy Transfer of Eu/Mn-Coactivated Mg2Al4Si5O18 as a Potential Phosphor for White-Light LEDs", Inorganic Chemistry, vol 53,Issue 21,2014.

[14] L. V. Pieterson, M. F. Reid & A. Meijerink, "4fn>4fn-15d transitions of the light lanthanides: Experiment and theory", Phys. Rev. Lett., vol. 65, p. 045113. 2002,

[15] Q. Y. Meng, B. J. Chen, W. Xu, Y. M. Yang, X. X. Zhao, W. H. Di, S. Z. Lu, X. J. Wang, J. S. Sun, L. H. Cheng, T. Yu & Y. Peng, "Size –dependent excitation spectra and energy transfer in Tb3+-doped Y2O3 nanocrystalline", J. Appl. Phys, vol. 102, pp. 1-6, 2007.

[16] T. Tsuboi, "Optical properties of Ce3+/Tb3+-codoped borosilicate glass*", Eur. Phys. J Appl. Phys, vol. 26, no. 2, pp. 95–101, 2004.

[17] C. Zuo, L. Zhu, Z. Zhou, A. Xiao, S. Liu, L. Li, L. Wan & L. Zheng, "Photoluminescence of Tb3+-doped LiF–BaF2–Lu2O3–Al2O3–SiO2 glasses", Opt. Mater, vol. 110, p. 110513, 2020.

[18] T. O. Sales, R. J. Amjad, C. Jacinto & M. R. Dousti, "Concentration dependent luminescence and cross-relaxation energy transfers in Tb3+ doped fluoroborate glasses", Journal of Luminescence, vol. 205, pp. 282–286, 2019.

[19] N. Deopa & A. S. Rao, "Spectroscopic studies of single near ultraviolet pumped Tb3+ doped Lithium Lead Alumino Borate glasses for green lasers and tricolour w-LEDs", Journal of Luminescence, vol. 194, pp. 56-63, 2018.

[20] م. ملک پور جرقویه، س. ع. حسن‌زاده تبریزی و ع. صفار، "سنتز و بررسی خواص لومینسانس نانو ذرات اسپینل آلومینات منیزیم دوپ شده با ساماریوم به روش هم رسوبی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 2، سال 12، صفحه 131-138، 1397.

[21] ش. کلانتری و ع. شکوه فر، "سنتز با روش سونوشیمی نانوکامپوزیت سولفیدروی- اکسیدآهن دوپ شده با یوروپیوم با عملکرد فتوکاتالیستی بالا در حذف آلاینده آلی رنگی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 1، سال 17، صفحه 71-82، 1402.