Search academic texts

Information × Registration Number 0824U002702, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 17-09-2024 popup.evolution o Title Optical and structural properties of Mn4+ activated zinc and magnesium titanates Author Kostantyn O. Kozoriz, popup.head Borkovska Lyudmyla V. popup.opponent Andriy M. Dmytruk popup.opponent Yuriy Hizhnyi popup.review Olexander F. Kolomys popup.review Galyna Y. Rudko Description Протягом кількох останніх десятиліть технологія штучного освітлення стрімко розвивалася в напрямку збільшення вихідної потужності та зменшення розміру джерел світла. Таким вимогам повністю відповідають світлодіоди (СД). Наприклад, комбінація випромінювання синього СД чипу (зазвичай на основі InGaN) і жовтого люмінофору (наприклад, Y3Al5O12:Ce3+) дозволяє реалізувати дешеве та ефективне твердотільне джерело білого світла, яке демонструє такі переваги як тривалий термін служби, екологічність та здатність до мініатюризації. Наразі пошук дешевих, термічно і хімічно стійких та екологічно безпечних матеріалів з яскравою фотолюмінесценцією (ФЛ) в певному спектральному діапазоні, яка виникає при збудженні синім або УФ світлом СД чипу, є одним з важливих завдань в галузі матеріалознавства. Зокрема, актуальною задачею є розробка червоних люмінофорів, які можуть бути використані в теплих білих СД, призначених для освітлення житлових приміщень, а також в СД, призначених для використання в лампах для стимуляції росту рослин, сенсорах температури, тощо. Серед різних кандидатів червоного люмінофору оксиди металів, активовані іонами Mn4+, привертають значну увагу дослідників як дешеві, стабільні та екологічні матеріали завдяки простим методам їх синтезу та доступності вихідних матеріалів. Іон Mn4+ в октаедричному кристалічному полі має широку смугу збудження в синьо-зеленій області спектру і вузькі лінії випромінювання у червоній області спектру, що відповідає спектральним вимогам до ідеального червоного люмінофору для використання у білому СД. Титанати магнію і цинку є зручною кристалічною матрицею для Mn4+, оскільки в цих сполуках заміщення вузлового іону Ti4+ іоном Mn4+ не потребує компенсації електричного заряду. Ці матеріали добре відомі своєю стабільністю і можуть бути одержані методом твердофазної реакції за температур, які не перевищують 1400°С. Крім того, сировина, яка використовується для їх синтезу, зокрема порошки ZnO, MgO та TiO2, є безпечною для здоров’я людини та широкодоступною. Проте, для практичного застосування такі люмінофори потребують підвищення інтенсивності ФЛ. Серед факторів, які її обмежують, можна вказати формування небажаних кристалічних фаз та утворення Mn2+ і Mn3+ замість Mn4+. Останнє відбувається при заміщенні манганом вузлових іонів Mg2+ та Zn2+ або зменшенні зарядового стану мангану на місці Ti4+ при наявності власних точкових дефектів, наприклад, вакансій кисню. Метою дисертаційної роботи є встановлення особливостей формування дефектів мангану та утворення кристалічних фаз, а також їх впливу на червону ФЛ іону Mn4+ в люмінесцентній кераміці на основі легованих манганом титанатів цинку і магнію, одержаних методом твердофазної реакції. При проведенні досліджень в рамках дисертаційної роботи було отримано наступні наукові результати: 1. Встановлено, що в кераміці Zn2TiO4:Mn, виготовленій з використанням TiO2 у фазі анатазу, переважно утворюються центри Mn2+, тоді як у зразках, одержаних з використанням TiO2 у фазі рутилу, утворюються переважно центри Mn4+, що зумовлює вищу інтенсивність ФЛ іонів Mn4+. 2. Виявлено, що формування кубічної кристалічної фази Zn2TiO4 при спіканні порошків ZnO і TiO2 відбувається вже при 800°С і не залежить від кристалічної фази TiO2, проте остання впливає на розмір та спікання зерен Zn2TiO4 кераміки. 3. Запропоновано діаграму енергетичних рівнів центру Mn2+ в легованому манганом Zn2TiO4, в якій збуджені рівні іону Mn2+ знаходяться у зоні провідності, що призводить до появи в спектрах оптичного поглинання смуги при 400-550 нм, зумовленої фотоіонізаційним переходом Mn2+/3+. 4. Продемонстровано можливість одержання однофазного люмінофору (ZnxMg1-x)2TiO4:Mn з кубічною кристалічною структурою. Показано, що легування цинком дозволяє знизити температуру спікання, а також зменшити кількість іонів Mn2+ у кераміці. 5. Встановлено, що збільшення вмісту MgOу шихті люмінофорів MgTiO3:Mn4+ перешкоджає утворенню Mn2+ і сприяє формуванню Mn4+ у фазі MgTiO3, що дозволяє підвищити інтенсивність червоної ФЛ іонів Mn4+. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що в роботі запропоновано два способи підвищення інтенсивності червоної ФЛ іонів Mn4+ в титанатах магнію: (1) створення твердих розчинів (ZnxMg1-x)2TiO4 (х≤0,25) та (2) додавання надлишку MgO у шихту. Зокрема, показано, що люмінофор (Zn0,25Mg0,75)2TiO4:Mn4+, одержаний при 1100°С, демонструє інтенсивність червоної ФЛ в 1,2-2 рази вищу, ніж Mg2TiO4:Mn4+, а додавання надлишку MgOу шихту MgTiO3 дозволяє в 30-50 разів підвищити інтенсивність червоної ФЛ іонів Mn4+ у фазі MgTiO3. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розді Registration Date 2024-07-22 popup.nrat_date 2024-10-02 Close