ВЛИЯНИЕ ИОНОВ ЦИНКА Zn2+ НА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА СТАННАТОВ CaSnO3 И Ca2SnO4, АКТИВИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ИОНАМИ

В. А. Воробьев; У. А. Марьина; Р. В. Пигулев; А.П. Марьин

В. А. Воробьев Инженерный институт СКФУ
У. А. Марьина Инженерный институт СКФУ
Р. В. Пигулев Инженерный институт СКФУ
А.П. Марьин Инженерный институт СКФУ

Ключевые слова: Люминесценция, инфракрасные люминофоры, редкоземельные элементы, станнаты, Ca2SnO4, CaSnO3, ZnO

Аннотация

Разработка новых и усовершенствования известных люминесцентных материалов для современных приборов и устройств оптоэлектроники и фотоники является важной задачей. С развитием лазерной техники возрастает потребность в источниках инфракрасного излу-чения, которые находят применение в медицине, геолокации, системах связи. Большинство известных инфракрасных люминофоров на основе ортофосфатов, оксисульфидов, фторидов излучает в диапазоне 900–1600 нм. Поэтому актуальным является поиск новых люминесцентных структур, излучающих в диапазоне с длиной волны более 1600 нм. Перовскитопо-добные станнаты щелочноземельных металлов CaSnO3 и Ca2SnO4 являются перспективными материалами для синтеза на их основе новых инфракрасных люминофоров. Настоящая ра-бота посвящена исследованию инфракрасной люминесценции соединений с общей формулой (Ca1-x-y-zYbxEryHoz)2SnO4, излучающих в области 1960-2100 нм, а также изучению влияния примесей цинка на их люминесцентные свойства. Конечной целью исследования является сравнение интенсивности люминесценции составов на основе станната Ca2SnO4 с получен-ными ранее люминофорами на основе CaSnO3, при использовании одинакового активаторного состава и методики синтеза. В работе представлены результаты рентгенофазового и спектрального анализа образцов. Сделаны выводы об эффективности использования люми-нофоров типа (Ca1-x-y-zYbxEryHoz)2SnO4 для генерации люминесцентного излучения длиной волны 2000 нм. Установлено, что при концентрации цинка 0,5 атомных долей интенсивность люминесценции образца (Ca0,923Yb0,05Er0,02Ho0,007)2(Sn1-хZnх)O4 в полосе 1960-2100 нм достига-ет максимума.

Литература

1. Шумакова Д.Б., Левченко А.Е. Специальные волоконные световоды: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. – C. 103-107.
2. Кульнич Ю.Н., Змеу С.Б., Субботин Е.П., Никитин А.И. Волоконные лазеры // Вестник ДВО РАН. – 2015. – № 3. – С. 67-78.
3. Твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой ближнего и среднего ИК-диапазонов спектра (2 мкм, 3–8 мкм) на основе кристаллов и керамик, активированных ионами Tm и Ho: отчет о НИР / ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»; рук. Рябочкина П.А.; исполн.: Антипов О.Л., Чупрунов Е.В., Ломонова Е.Е. – Саранск, 2012. – 83 с.
4. Ляпин А.А. Спектрально-люминесцентные свойства монокристаллов и керамики CaF2:Tm, CaF2:Ho и их применение в лазерной физике: дисc. …канд. физ.-мат. наук: 01.04.07. – Са-ранск, 2014. – 142 с.
5. Марьина У.А., Воробьев В.А. Люминесценция системы CaSnO3:Yb3+,Er3+,Tm3+ при возбуж-дении источником ИК-излучения // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 5-6 (190-191). – С. 258-265.
6. Марьина У.А., Воробьев В.А., Марьин А.П. Синтез системы CaSnO3: Yb3+,Er3+,Но3+ и исследование ее люминесцентных свойств при ИК-возбуждении // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. – 2017. – Т. 20, № 1. – C. 43-48.
7. Марьина У.А. Синтез и исследование люминесцентных свойств системы CaSnO3:Yb3+, RE3+ (RE = Er, Ho, Tm) // Вестник СКФУ. – 2017. – № 2. – Вып. 59. – С. 21-26.
8. Марьина У.А. Разработка технологии синтеза и исследование люминофоров на основе CaSnO3, BaSnO3, SrSnO3, активированных редкоземельными ионами: дисc… канд. тех. наук: 05.27.06. – Новочеркасск, 2018. – 184 с.
9. Богдан Т.В. Основы рентгеновской дифрактометрии: учеб. пособие. – М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. – 64 с.
10. Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ. – М.: Изд-во Московского университета, 1976. – С. 39-50.
11. Кузнецова Г.А. Качественный рентгенофазовый анализ: Методические указания. – Иркутск, 2005. – 28 с.
12. Манаширов О.Я., Зверева Е.М., Воробьев В.А. Сравнительное исследование различных классов люминофоров, активированных ионами Yb3+, при ИК-возбуждении // Вестник Южного научного центра РАН: Химия и новые материалы. – 2012. – Т. 8, № 4. – С. 38-49.
13. Grzyb T., Balabhadra S., Przybylska D., Węcławiak M. Upconversion luminescence in BaYF5, BaGdF5 and BaLuF5 nanocrystals doped with Yb3+/Ho3+, Yb3+/Er3+ or Yb3+/Tm3+ ions // Jour-nal of Alloys and Compounds. – 2015. 15 November. – Vol. 649. – P. 606-616.
14. Pang X.L., Jia C.H., Li G.Q., Zhang W.F. Bright white upconversion luminescence from Er3+–Tm3+–Yb3+ doped CaSnO3 powders // Optical Materials. – 2011. – Vol. 34. – P. 234-238.
15. Cao R., Lu Y., Tian Y., Huang F., Guo Y., Xu S., Zhang J. 2 μm emission properties and nonresonant energy transfer of Er3+ and Ho3+ codoped silicate glasses // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6. – P. 37873 (1-10).
16. Rodnyi P.A., and Khodyuk I.V. Optical and Luminescence Properties of Zinc Oxide // Optics and Spectroscopy. – 2011. – Vol. 11, No. 5. – P. 776-785.
17. Ropp R.C. Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. – Newnes, 2012. – Chap. 5. – Gr. 14. – P. 1129.
18. Sha X., Tian F., Li D., Duan D., Chu B., Liu Y., Liu B., Cui T. Ab initio investigation of CaO-ZnO alloys under high pressure // Scientific Reports. – 2016. – DOI: 10.1038/srep18918.
19. Mihaiu S., Atkinson I., Mocioiu O., Toader A., Tenea E., Zaharescu M. Phase formation mecha-nism in the ZnO-SnO2 binary system // Rev. Roum. Chimie. – 2011. – Vol. 56 (5). – P. 465-472.
20. Kovacheva D., Petrov K. Preparation of crystalline ZnSnO3 from Li2SnO3 by low- temperature ion exchange // Solid State Ionics. – 1998. – Vol. 109. – P. 327-332.