Search academic texts

Information × Registration Number 0825U002478, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 20-08-2025 popup.evolution . Title Obtaining of luminescent eutectic composites Al₂O₃/YAG:Ce by horizontal directional crystallization for LED/LD white light sources Author Yurii V. SIRYK, popup.head Serhii V. NIZHANKOVSKYI popup.opponent Andrii Y. BOJARINTSEV popup.opponent Yurii I. BOGOMOL popup.review Roman P. YAVETSKIY popup.review Oleksandra S. KRYZHANOVSKA Description Дисертація присвячена дослідженню процесу отримання евтектичних композитів (ЕК) на основі корунду та ітрій-алюмінієвого гранату, допованого іонами церію (Al₂O₃/YAG:Ce), методом горизонтальної спрямованої кристалізації у відновному середовищі, а також закономірностей формування мікроструктури, фазового складу, механічних, оптичних властивостей та світлотехнічних характеристик люмінесцентних конвертерів на їх основі для LED/LD джерел білого світла. У розділі 1 дисертаційної роботи проведено аналіз літературних джерел щодо сучасних розробок люмінесцентних матеріалів для конвертерів потужного лазерного та світлодіодного випромінювання. Обґрунтовано доцільність досліджень гетерофазних евтектичних композитів Al₂O₃/YAG:Ce як люмінесцентного матеріалу для створення фотоконвертерів для LED/LD джерел білого світла. Другий розділ описує експериментальні методики, обладнання та матеріали, які були використані для отримання евтектики Al₂O₃/YAG:Ce, а також для аналізу структурно-фазового стану й властивостей евтектичних композитів, включаючи механічні, оптичні, люмінесцентні та світлотехнічні характеристики. У розділі 3 проаналізовано вплив умов кристалізації на формування фазового складу та морфології евтектик Al₂O₃/YAG:Ce з різним вмістом церію. Встановлено, що при кристалізації розплаву складу 81,5 мол.% Al₂O₃ та 18,5 мол.% Y₂O₃, за умов перегріву, який не перевищує 100 °C від температури евтектики Tₑ = 1816 °C, температурного градієнта ≈ 45 °C/см та швидкості кристалізації до 50 мм/год, можливе отримання евтектики Al₂O₃/YAG з мікроструктурою типу «китайське письмо». Отримано залежність евтектичного інтервалу (λₑᵤₜ) від швидкості росту V для недопованої евтектики Al₂O₃/YAG, отриманої методом ГСК, яка помітно відхиляється від теоретичної моделі Джексона–Ханта. Встановлено немонотонну залежність параметрів мікроструктури евтектики Al₂O₃/YAG:Ce³⁺ від швидкості кристалізації. У четвертому розділі досліджено механічні характеристики ЕК. Встановлено, що зменшення λₑᵤₜ у 4 рази призводить до збільшення мікротвердості на 16,5 % та тріщиностійкості на 13,5 %. Підвищення концентрації Ce до 0,5 ат.% (в початковій сировині) спричиняє зниження мікротвердості на 27 % і коефіцієнта тріщиностійкості на ≈ 42 %. Виявлено, що високотемпературний відпал Al₂O₃/YAG:Ce у вакуумі суттєво покращує механічні властивості ЕК: мікротвердість зростає на 40 % (з 11,6 ± 0,3 ГПа до 15,8 ± 0,3 ГПа), а тріщиностійкість — на 72 % (з 1,8 ± 0,2 МПа·м¹ᐟ² до 3,05 ± 0,2 МПа·м¹ᐟ²). Розділ 5 присвячено теоретичним і експериментальним дослідженням оптичних та люмінесцентних властивостей евтектик Al₂O₃/YAG:Ce, а також світлотехнічних характеристик фотоконвертерів на їх основі для LED/LD джерел білого світла. Проведено теоретичну оцінку абсолютної ефективності конвертерів з кристала YAG:Ce та ЕК Al₂O₃/YAG:Ce завтовшки H = 1 мм: η_c ≈ 8,8 %, η_e ≈ 22,5 %. Встановлено, що оптико-спектральні характеристики Al₂O₃/YAG:Ce значною мірою залежать від вмісту церію, параметрів мікроструктури та її однорідності. Отримано лінійну залежність оптичного пропускання від λₑᵤₜ. Показано, що додатковий відпал ЕК в окислювальному середовищі при T = 1500 °C призводить до зростання оптичного пропускання до 20 % (для довжини хвилі ≥ 480 нм). Показано, що індикатриса пружного розсіювання світла наближається до ламбертівської, однак може змінюватися залежно від товщини зразка та напрямку первинного променя, що зумовлено наявністю неоднорідностей і текстурою колоніальної структури допованої евтектики Al₂O₃/YAG:Ce. На основі аналізу люмінесценції іонів Ce³⁺ в зразках Al₂O₃/YAG:Ce встановлено: 1) інтенсивність люмінесценції для евтектичних зразків майже у 7 разів перевищує таку для монокристалів YAG:Ce; 2) світловий вихід люмінесценції іонів Ce³⁺ залежить від орієнтації поверхні емісії відносно напрямку кристалізації зливка; 3) інтенсивність люмінесценції може бути збільшена приблизно на 15 % за рахунок відпалу в окислювальному середовищі при T = 1500 °C. Встановлено, що зменшення розміру мікроструктури (λₑᵤₜ) евтектики Al₂O₃/YAG:Ce призводить до зростання ефективності люмінесценції. Максимум світловіддачі 234 лм/Вт досягається для конвертера з λₑᵤₜ = 8,9 ± 1,4 мкм при концентрації домішки 0,25 ат.%. З’ясовано, що існує оптимальна товщина фотоконвертера, при якій досягається максимальна світлова віддача; ця товщина залежить від концентрації Ce, розміру мікроструктури евтектики та потужності опромінення. Registration Date 2025-06-24 popup.nrat_date 2025-06-24 Close