Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии

Методом гетерогенного осаждения из водных растворов хлоридов при использовании в качестве осадителя гидрокарбоната аммония получен монофазный кристаллический прекурсор оксида лютеция предположительного состава (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристаллизуется в виде пластинчатых частиц ромбической...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Дулина, Н.А., Баумер, В.М., Вовк, О.М., Дейнека, Т.Г., Матейченко, П.В., Софронов, Д.C., Сергиенко, З.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75191
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии / Н.А. Дулина, В.М. Баумер, О.М. Вовк, Т.Г. Дейнека, П.В. Матейченко, Д.C. Софронов, З.П. Сергиенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 837-847. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859644710526648320
author	Дулина, Н.А. Баумер, В.М. Вовк, О.М. Дейнека, Т.Г. Матейченко, П.В. Софронов, Д.C. Сергиенко, З.П.
author_facet	Дулина, Н.А. Баумер, В.М. Вовк, О.М. Дейнека, Т.Г. Матейченко, П.В. Софронов, Д.C. Сергиенко, З.П.
citation_txt	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии / Н.А. Дулина, В.М. Баумер, О.М. Вовк, Т.Г. Дейнека, П.В. Матейченко, Д.C. Софронов, З.П. Сергиенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 837-847. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Методом гетерогенного осаждения из водных растворов хлоридов при использовании в качестве осадителя гидрокарбоната аммония получен монофазный кристаллический прекурсор оксида лютеция предположительного состава (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристаллизуется в виде пластинчатых частиц ромбической формы с линейными размерами в 10—15 мкм2 и толщиной в несколько десятков нанометров. Установлен диапазон существования кристаллического прекурсора (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O (молярное соотношение реагентов NH₄HCO₃/Lu³⁺ – в интервале 8—20). Предложен механизм образования и термического разложения кристаллического прекурсора пластинчатой морфологии. Методом низкотемпературной (Т = 1000°С) кристаллизации прекурсора получены слабоагломерированные нанопорошки оксида лютеция кубической модификации. Показано, что частицы Lu₂O₃ наследуют пластинчатую морфологию исходных частиц карбонатного прекурсора, что является проявлением эффекта сохранения формы. Пластинчатые частицы оксида лютеция состоят из неплотноупакованных наночастиц с линейными размерами в ≅ 50 нм. Определены люминесцентные свойства активированных наноструктур Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии. Методою гетерогенного осадження з водних розчинів хлоридів при використанні в якості осаджувача гідрокарбонату амонію було одержано монофазний кристалічний прекурсор оксиду лютецію ймовірного складу (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристалізується у вигляді пластинчастих частинок ромбічної форми з лінійними розмірами у 10—15 мкм2 та товщиною у кілька десятків нанометрів. Встановлено діяпазон існування кристалічного прекурсору (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O (молярне співвідношення реаґентів NH₄HCO₃/Lu³⁺ – в інтервалі 8—20). Запропоновано механізм утворення та термічного розкладання кристалічного прекурсору пластинчастої морфології. Методою низькотемпературної (Т = 1000°С) кристалізації прекурсору одержано слабкоаґльомерований нанопорошок оксиду лютецію кубічної модифікації. Показано, що частинки Lu₂O₃ успадковують пластинчасту морфологію початкових частинок карбонатного прекурсору, що є проявом ефекту збереження форми. Пластинчасті частинки оксиду лютецію складаються з нещільно упакованих наночастинок з лінійними розмірами у ≅ 50 нм. Визначено люмінесцентні властивості активованих наноструктур Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчастої морфології. The (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O monophase crystalline precursor of Lu₂O₃ is obtained by precipitation of chlorides from aqueous solution using hydrocarbonate as a precipitant. Precursor is obtained in the form of rhombic plate-like particles with linear dimensions of 10—15 μm2 and a thickness of several tens of nanometers. Range of presence of (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O crystalline precursor is a molar ratio of the NH₄HCO₃/Lu³⁺ reagents of about 8—20. We propose the mechanism of formation and thermal decomposition of the crystalline plate-like precursor. Weakly agglomerated cubic-modification lutetium-oxide superfine-particle powder is obtained by low-temperature crystallization of the precursor (T = 1000°C). Lu₂O₃ particles inherit plate-like morphology of the original particles of the carbonate precursor that is a demonstration of the shape-memory effect. Lutetium-oxide particles are composed of not closepacked nanostructured crystallites with linear dimensions of about 50 nm. Luminescent properties of Eu³⁺-doped Lu₂O₃ nanostructures with plate-like morphology are investigated too.
first_indexed	2025-12-07T13:26:43Z
format	Article
fulltext	837 PACS numbers:61.46.Hk, 68.37.Lp,78.30.Hv,78.60.-b,78.67.-n,81.07.Wx, 81.70.Pg Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu2O3:Eu3+ пластинчатой морфологии Н. А. Дулина, В. М. Баумер, О. М. Вовк, Т. Г. Дейнека, П. В. Матейченко, Д. C. Софронов, З. П. Сергиенко Институт монокристаллов НАН Украины, просп. Ленина, 60, 61001 Харьков, Украина Методом гетерогенного осаждения из водных растворов хлоридов при ис- пользовании в качестве осадителя гидрокарбоната аммония получен моно- фазный кристаллический прекурсор оксида лютеция предположительного состава (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O. Прекурсор кристаллизуется в виде пла- стинчатых частиц ромбической формы с линейными размерами в 10—15 мкм2 и толщиной в несколько десятков нанометров. Установлен диапазон существования кристаллического прекурсора (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O (молярное соотношение реагентов NH4HCO3/Lu3+ – в интервале 8—20). Предложен механизм образования и термического разложения кристалли- ческого прекурсора пластинчатой морфологии. Методом низкотемператур- ной (Т = 1000°С) кристаллизации прекурсора получены слабоагломериро- ванные нанопорошки оксида лютеция кубической модификации. Показа- но, что частицы Lu2O3 наследуют пластинчатую морфологию исходных ча- стиц карбонатного прекурсора, что является проявлением эффекта сохра- нения формы. Пластинчатые частицы оксида лютеция состоят из неплот- ноупакованных наночастиц с линейными размерами в ≅ 50 нм. Определены люминесцентные свойства активированных наноструктур Lu2O3:Eu3+ пла- стинчатой морфологии. Методою гетерогенного осадження з водних розчинів хлоридів при вико- ристанні в якості осаджувача гідрокарбонату амонію було одержано мо- нофазний кристалічний прекурсор оксиду лютецію ймовірного складу (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O. Прекурсор кристалізується у вигляді пластин- частих частинок ромбічної форми з лінійними розмірами у 10—15 мкм 2 та товщиною у кілька десятків нанометрів. Встановлено діяпазон існування кристалічного прекурсору (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O (молярне співвідно- шення реаґентів NH4HCO3/Lu3+ – в інтервалі 8—20). Запропоновано ме- ханізм утворення та термічного розкладання кристалічного прекурсору пластинчастої морфології. Методою низькотемпературної (Т = 1000°С) Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 4, сс. 837—847 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 838 Н. А. ДУЛИНА, В. М. БАУМЕР, О. М. ВОВК и др. кристалізації прекурсору одержано слабкоаґльомерований нанопорошок оксиду лютецію кубічної модифікації. Показано, що частинки Lu2O3 ус- падковують пластинчасту морфологію початкових частинок карбонатно- го прекурсору, що є проявом ефекту збереження форми. Пластинчасті ча- стинки оксиду лютецію складаються з нещільно упакованих наночасти- нок з лінійними розмірами у ≅ 50 нм. Визначено люмінесцентні властиво- сті активованих наноструктур Lu2O3:Eu3+ пластинчастої морфології. The (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O monophase crystalline precursor of Lu2O3 is obtained by precipitation of chlorides from aqueous solution using hydrocar- bonate as a precipitant. Precursor is obtained in the form of rhombic plate-like particles with linear dimensions of 10—15 μm2 and a thickness of several tens of nanometers. Range of presence of (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O crystalline pre- cursor is a molar ratio of the NH4HCO3/Lu3+ reagents of about 8—20. We pro- pose the mechanism of formation and thermal decomposition of the crystalline plate-like precursor. Weakly agglomerated cubic-modification lutetium-oxide superfine-particle powder is obtained by low-temperature crystallization of the precursor (T = 1000°C). Lu2O3 particles inherit plate-like morphology of the original particles of the carbonate precursor that is a demonstration of the shape-memory effect. Lutetium-oxide particles are composed of not close- packed nanostructured crystallites with linear dimensions of about 50 nm. Luminescent properties of Eu3+ -doped Lu2O3 nanostructures with plate-like morphology are investigated too. Ключевые слова: молярное соотношение, кристаллический прекурсор, низкотемпературная кристаллизация, Lu2O3, эффект памяти формы. (Получено 30 ноября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ В современном материаловедении большое внимание уделяется за- даче получения нанокристаллических порошков оксидов редкозе- мельных элементов (в том числе Lu2O3) контролируемой морфоло- гии. Значительный интерес представляют частицы Re2O3 пластин- чатой формы, перспективные для использования в люминесцент- ной технике и электронике. Подобные частицы могут быть консо- лидированы в одно- и многослойные 2D-структуры для получения высокоплотных материалов для люминесцентных экранов высоко- го разрешения, люминофоров, рентгеновских экранов; функцио- нальных и диэлектрических покрытий; высокоэффективных эле- ментов со специальными свойствами (магнитными, электрически- ми, оптическим) [1, 2]. Поэтому поиск эффективных способов управления формой ча- стиц оксидов редкоземельных элементов является актуальной за- дачей современного материаловедения. Широкими возможностями управления морфологией частиц об- СИНТЕЗ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ Lu2O3:Eu3+ 839 ладает гидротермальный метод синтеза. Вместе с тем, формирова- ние прекурсора в данном способе происходит в крайне неравновес- ных условиях (при высоких температурах и давлениях), поэтому образующиеся структуры в виде цветовидных структур, нано- стержней, сфер, а также частиц пластинчатой морфологии зача- стую кристаллизуются в метастабильных модификациях [3, 4]. Кроме того, существенным недостатком метода является сложность технической реализации и необходимость использования дорого- стоящего оборудования. Метод химического соосаждения является перспективным спо- собом получения наночастиц различной морфологии. Данный ме- тод обеспечивает однородность химического состава продукта на молекулярном уровне, что позволяет применять его для синтеза ак- тивированных соединений, в том числе для люминофоров. Решение задачи управления морфологией частиц в методе соосаждения мо- жет быть реализовано путем направленного контроля фазового и химического состава прекурсора, а также обеспечения контролиру- емого перевода фазы-предшественника в фазу оксида под действием низкотемпературной кристаллизации. При этом одним из основ- ных факторов, определяющих морфологию наночастиц, являются кристаллографические особенности кристаллического прекурсора, полученного в результате химического осаждения. Незначитель- ные отклонения химического и фазового состава могут спровоциро- вать получение частиц неконтролированной формы, а также агре- гацию частиц. Ранее нами было показано [5], что при осаждении лютеция из нитратных растворов действием гидрокарбоната аммония в осадок выпадает аморфный основной карбонат лютеция в виде частиц не- контролированной формы со средним размером ≅ 10—20 нм. Управ- ление формой аморфных частиц не представляется возможным, ча- стицы не обладают выраженной морфологией. Термолиз получен- ного прекурсора при Т = 800°С приводит к образованию нанопо- рошка Lu2O3 со средним диаметром монокристаллических частиц изоморфной формы около 20—40 нм. Оксид лютеция кристаллизу- ется в кубической сингонии, и образование частиц пластинчатой формы для него нехарактерно, о чем свидетельствует ряд работ [6— 7]. Вместе с тем, из литературы известно о получении методом оса- ждения прекурсоров Y2O3, MgO в виде пластин нанометровой тол- щины, формируемых в специальных условиях осаждения [8—10]. Данные о получении кристаллических частиц прекурсора оксида лютеция и пластинчатых частиц Lu2O3 в литературе отсутствуют. Поэтому целью данной работы было контролированное получение наноструктур Lu2O3 пластинчатой морфологии методом гетероген- ного соосаждения из водных растворов и последующей низкотем- пературной кристаллизацией. 840 Н. А. ДУЛИНА, В. М. БАУМЕР, О. М. ВОВК и др. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Нанокристаллические порошки Lu2O3 получали методом гетеро- генного химического осаждения при использовании в качестве оса- дителя гидрокарбоната аммония NH4HCO3. Раствор гидрокарбоната аммония (1 М) добавляли в раствор хлорида лютеция (0,1 М), полу- ченный растворением коммерческого оксида (99,99%) в соляной кислоте. Активирование ионами европия (5 ат.%) осуществлялось при помощи введения раствора хлорида европия (0.5 М) вместе с раствором хлорида лютеция (0,1 М) на стадии смешивания раство- ров. Применялся прямой метод осаждения при температуре 25°С со скоростью прикапывания ≅ 1 мл/мин. Молярное соотношение реа- гентов (R) NH4HCO3/Lu3+ поддерживалось в интервале 8—20. Полу- ченный осадок прекурсора старился в течение 24 часов, подвергал- ся вакуумной фильтрации, тщательной промывке деионизирован- ной водой, а затем высушивался при температуре 25°С на воздухе. Для синтеза Lu2O3 прекурсор подвергали низкотемпературной кри- сталлизации при температуре 1000°С в течение 2 часов. Морфология прекурсоров и порошков Lu2O3 была охарактеризо- вана при помощи сканирующего электронного микроскопа JSM- 6390 LV (JEOL, Japan) и просвечивающего электронного микроско- па EM-125 (Selmi, Ukrane). ИК-спектры были получены, используя ИК-спектрофотометр Spectrum One (Perkin Elmer) в таблетках KBr. Дифференциально-термический (ДТА) и термогравиметрический (ТГ) анализы продуктов осаждения выполнены на дериватографе МОМ Q-1500D (Венгрия). Скорость нагрева составляла 10 град/мин, в качестве эталона использовали альфа-оксид алюминия. Рентгено- фазовый анализ (РФА) прекурсора и синтезированных порошков выполнен на дифрактометре ДРОН-4 в излучении FeKα в интервале углов 2Θ = 20—50 град. Удельную поверхность порошков определяли методом Брунауэра—Эмметта—Теллера (БЭТ). Спектр радиолюми- несценции регистрировался при помощи источника РЕИС-Е (Сu- анод, Е ≅ 30 кэВ, U = 30 кВ и I = 50 мкА). 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Химический и фазовый состав являются факторами, определяющи- ми морфологию частиц. Влиять на состав прекурсора, а, следователь- но, и изменять морфологию частиц можно в результате варьирования молярного соотношения исходных реагентов (R) NH4HCO3/Lu3+. Па- раметр R определяет рН реакционной смеси формирования осадка, тем самым обусловливает состав. Прекурсор, образующийся в интер- вале молярных концентраций 8—20, осаждается в виде пластин ром- бического габитуса с линейными размерами 10—15 мкм 2 (рис. 1 а, б). Данные электронно-микроскопических исследований свидетель- СИНТЕЗ Л ствуют о состоят и ми в неск бические мерации На ри прекурсо времени ные при состоит и об образо осадка. К ческие п ных част Рис. 1. СЭ ного при Рис. 2. П ного при ЛЮМИНЕСЦЕ о том, что с из более ме колько нан е пластины и исходных сунке 3 пр ора оксида старения и R = 8, 10 из ярко вы овании в р Как было п пластины п тиц. Вероя а ЭМ-изображ R = 8—20, в ПЭМ-изобра R = 8—20, в ЕНТНЫХ НАН свежеосажд елких стру нометров (р ы формиру х наноразме редставлена а лютеция 24 часа (р и 20, иден раженных результате показано р прекурсора ятнее всего жения част времени ста жения част времени ста НОКРИСТАЛ денные ми уктурных е рис. 2). Сле уются всле ерных част а характер , полученн рентгеногр нтичны). П х четких ре синтеза кр ранее (рис. а сформир , механизм тиц прекурс арения 24 ч тиц прекур арения 24 ч ЛЛИЧЕСКИХ икронные ч единиц с ли едовательн едствие мн тиц. рная дифра ного при т раммы прек Приведенна ефлексов, с ристалличе 2), свежео ованы на о м образован сора оксида ч. и темпера сора оксида ч. и темпера ЧАСТИЦ Lu2 частицы пр инейными но, получен огоуровнев актограмма температур курсоров, ая дифракт свидетельст еского мон осажденны основе нан ния подобн б а лютеция, атуре 25°С. а лютеция, атуре 25°С. 2O3:Eu3+ 841 рекурсора размера- нные ром- вой агло- а образца ре 25°С и получен- тограмма твующих нофазного ые ромби- норазмер- ных мик- получен- получен- 842 ронных Ваальсов структур прекурсо лютеция описанны мельных спектрос полученн лютеция ИК-ан полос по карбонат Рис. 3. Р лученног Рис. 4. ИК Н. А. Д агрегатов вых сил. В рных един ора. Синте я в виде ро ых структ х элементо скопии (см ный крист я состава (N нализ карб оглощения тных груп Рентгенограм го при R = 8 К-спектры п ДУЛИНА, В. связан с яв результате иц происхо езированны омбически тур основн в [11]. По м. ниже), н таллически NH4)xLu(OH онатного с я в области п, – 1560, ммы карбо 8—20. прекурсора о М. БАУМЕР влением ад е ориентир одит вдоль ый кристал их пластин ных карбон данным ре нами было ий прекур H)y(CO3)z⋅nH соединения и частот, , 1420, 108 онатного пр оксида люте Р, О. М. ВОВК дсорбции и рование и р ь кристалл ллический не относи натных со езультатов сделано п сор являет H2O. я показали характерн 80, 840 и 7 рекурсора о еция, получ К и др. и действия рост нанора лографичес й прекурсо ится ни к оединений в РФА, а та предположе тся двойно и (рис. 4), ч ных для ко 40 см −1, отм оксида лют ченного при я Ван дер азмерных ских осей ор оксида одной из редкозе- акже ИК ение, что ой солью что кроме олебаний мечается теция, по- R = 8—20. СИНТЕЗ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ Lu2O3:Eu3+ 843 поглощение в области 3390 см −1, соответствующее колебанию хи- мически связанных гидроксильных групп. Заметное поглощение в области частот 3200—3500 см −1 было отнесено к колебаниям поверх- ностно адсорбированных молекул воды. Кроме вышеперечислен- ных групп, можно отметить слабозаметное поглощение в области частот 3608 см −1, которое, вероятно, связано с поглощением NH4 + - группы. Исходя из вышесказанного, прекурсору был приписан со- став (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O. Сделанное предположение каче- ственно согласуется с тем фактом, что соединение формируется в щелочной области рН 8—20 при наличии избыточных количеств осадителя. В результате, в состав прекурсора могут входить NH4 + - ионы. О формировании прекурсоров в виде двойных солей скандия в области больших значений R сообщалось в [12]. Учитывая данные РФА и ИК-исследований, нами был предложен механизм формирования прекурсора. Вследствие малого ионного радиуса (0,100 нм), Lu3+ вначале подвергается сильной гидратации и гидролизу в водном растворе: Lu(H2O)n 3+ + H2O → [Lu(OH)(H2O)n − 1] 2+ + H3O + . (1) При R = 8—20 (рН = 7, 8), когда концентрация NH4 + и CO3 2− вы- сокая, происходит образование двойной соли лютеция: [Lu(OH)(H2O)n−1] 2+ + CO3 2− + NH4 + → → (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O (крист.) + (n−2)H2O. (2) Данный механизм находится в хорошем согласии с механиз- мом, предложенным для прекурсоров карбонатов скандия, кото- рый приведен в работе [12]. Термический анализ двойного карбоната оксида лютеция (рис. 5) позволил установить следующий механизм процесса разложения: удаление кристаллизационной воды (эндоэффект при 135°С), раз- ложение карбоната (эндоэффекты 480 и 545°С) и начало кристалли- зации оксида лютеция (экзоэффект при 600°С). Полностью процесс заканчивается при 700°С, о чем свидетельствует горизонтальный ход кривой TG вплоть до 1000°С. Наличие на кривой ДТА эндоэф- фекта небольшой интенсивности при 330°С обусловлено удалением группы NH4 +. Полная потеря массы образцом составляет 36%, и за- канчивается при температуре около 700°С. Для изучения влияния температурной обработки прекурсора на морфологию частиц Lu 2 O 3 полученный прекурсор подвергали низко- температурной кристаллизации при температуре 1000°С. Было установлено, что морфология частиц оксида лютеция, полученных в результате термолиза, зависит от фазового состава исходного пре- курсора. Микрофотография (рис. 6) свидетельствует о том, что в про- 844 цессе пр тую мор ченный р ранее оп в распад частиц п ствующи После стины ро десятков частицы осей пре ния, во в Рис. 5. Д ческого п Рис. 6. П котемпер Н. А. Д окаливани рфологию результат писанного д де пластин прекурсора им толщин е прокалив омбическог в нанометр ы прекурсор екурсора п время терм ДТА—ТГ-кри прекурсора ЭМ-изображ ратурной кр ДУЛИНА, В. ия частицы исходного является п для частиц оксида, ун а, на изомет не пластинк вания форм го габитуса ров. По-ви ра, выстро под действи молиза не и ивая процес оксида лют жения част ристаллизац М. БАУМЕР ы оксида лю о кристалл проявление ц Y2O3, MgO наследовав трические ки. мируются а, которые идимому, э оившиеся в ием сил Ва имеют возм сса термич теция. тиц оксида ции прекур Р, О. М. ВОВК ютеция нас лического ем «эффек O [8—10]. Эф ших нерав частицы с слабоаглом е имеют тол эффект объ вдоль крис ан дер Ваа можности ческого разл лютеция, п рсора при Т К и др. следуют пл прекурсор та памяти ффект закл вновесную ф размером, мерирован лщину в н ъясняется сталлограф альсового п покинуть а ложения кр полученных Т = 1000°С. ластинча- ра. Полу- формы», лючается форму от , соответ- нные пла- несколько тем, что фических притяже- агрегат и ристалли- х при низ- СИНТЕЗ Л спекают стинчата ными ан ными ра На ри теция, п часовой и Получ ской мод ционных ство кри отожжен метричес однако н рая сост ждением Рис. 7. Р ратурной Рис. 8. Сп ЛЮМИНЕСЦЕ ся, сохран ая структу низотропны азмерами ок сунке 7 пр полученног изотермич ченная диф дификации х пиков и и исталличес нных при ский анал нами была авляет ≅ 1 м наличия ентгенограм й кристалли пектр ради ЕНТНЫХ НАН яя общую ура частиц ыми нанок коло 50 нм едставлены го из крист еской выде фрактограм и оксида лю их интенси ской струк 1000°С, со из получен определена 0,1 м 2/г. П агломерато мма оксида изации прек олюминесц НОКРИСТАЛ форму. На ц Lu2O3 обр кристаллич м. ы дифракт таллическо ержки при мма подтве ютеция. Ве ивность ука ктуры. Вел оставляет ≅ нного поро а величина Полученное ов на основ а лютеция, курсора (Т = ценции Lu2O ЛЛИЧЕСКИХ а рисунке 6 разована н ческими ч ограммы п ого прекур температу ерждает об еличина пол азывает на личина ОК ≅ 70 нм. Д ошка окси а удельной е значение ве наноразм полученно = 1000°С). O3:Eu3+ (5 ат ЧАСТИЦ Lu2 6 показано, неплотно у астицами порошка ок рсора в усл уре 1000°С. бразование луширины высокое со КР для по Детальный ида не вып поверхнос е является мерных кр ого при ни т.%). 2O3:Eu3+ 845 , что пла- упакован- с линей- ксида лю- ловиях 2- . е кубиче- ы дифрак- овершен- орошков, грануло- полнялся, сти, кото- подтвер- ристалли- зкотемпе- 846 Н. А. ДУЛИНА, В. М. БАУМЕР, О. М. ВОВК и др. тов. Спектр радиолюминесценции активированных наноструктур Lu2O3:Eu3+ (5 ат.%) пластинчатой морфологии, полученных прока- ливанием кристаллического прекурсора при Т = 1000°С, представ- лен на рис. 8. Спектр представлен группами линий в области длин волн 575—725 нм, соответствующих 5D0 → 7FJ (J = 0—4) переходам иона Eu3+, и совпадает со спектром люминесценции объемного Lu2O3:Eu3+ [13], что свидетельствует о вхождении ионов европия в решетку Lu2O3. Максимум люминесценции наблюдается при длине волны 611 нм. Интенсивность радиолюминесценции частиц пла- стинчатой морфологии сравнима с интенсивностью «традицион- ных» нанопорошков Lu2O3:Eu3+ с близкой к сферической морфоло- гией частиц [5], что свидетельствует о перспективности использо- вания полученных частиц для формирования пленочных люминес- центных структур. 4. ВЫВОДЫ Определены условия синтеза номинально чистых и активированных пластинчатых частиц оксида лютеция ромбической морфологии ме- тодом гетерогенного соосаждения и последующей низкотемператур- ной кристаллизацией. Показано, что областью образования моно- фазного кристаллического прекурсора оксида лютеция предположи- тельного состава (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O в виде пластин ромбиче- ского габитуса размером 10—15 мкм 2 является диапазон молярного соотношения реагентов NH4HCO3/Lu3+ = 8—20. Определено, что пластинчатая морфология частиц является ре- зультатом многоуровневой агрегации изоморфных кристаллических наноразмерных частиц со средним диаметром 10 нм. Определено, что при термолизе кристаллического прекурсора со- става (NH4)xLu(OH)y(CO3)z⋅nH2O при Т = 1000°С наблюдается эффект памяти формы, заключающийся в наследовании пластинчатой мор- фологии частицами оксида лютеция. Показано, что структура пластинчатых частиц Lu2O3 образована неплотно упакованными анизотропными наноструктурными блока- ми с линейными размерами около 50 нм. Изучена радиолюминесценция активированных наноструктур Lu2O3:Eu3+ (5 ат.%) пластинчатой морфологии. Авторы выражают благодарность к.ф.-м.н. Р. П. Явецкому за помощь в обсуждении результатов. Данный проект выполнен при частичной поддержке НАН Украины в рамках целевой комплекс- ной программы фундаментальных исследований «Фундаменталь- ные проблемы наноструктурных систем, наноматериалов, нанотех- нологий» по договору № 78/10-Н от 06.08.10. СИНТЕЗ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ Lu2O3:Eu3+ 847 ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. J. Lu, K. Takaichi, T. Uematsu, A. Shirakawa et al., Appl. Phys. Lett., 81, No. 23: 4324 (2002). 2. A. Lempicki, C. Brecher, P. Szupryczynski et al., Phys. Research A, 488: 579 (2002). 3. G. Jia, Yu. Zheng, K. Liu et al., J. Phys. Chem. C, 113, No. 1: 153: (2009). 4. J. Yang, C. Li, Z. Quan et al., J. Phys. Chem. C, 112: 12777 (2008). 5. R. P. Yavetskiy, Funct. Mater., 15, No. 4: 569: (2008). 6. Z. Wang, W. Zhang, B. You et al., Spectrochim. Acta. Part A, 70: 853 (2008). 7. Q. Chen, Y. Shi, L. An et al., J. Europ. Ceram. Soc., 27: 191: (2007). 8. Г. Б. Тельнова, А. А. Коновалов, Л. И. Шворнева и др., Перспективн. ма- териалы, 5: 31 (2008). 9. П. П. Федоров, Е. А. Ткаченко, С. В. Кузнецов и др., Журн. неорган. химии, 55, № 6: 1 (2010). 10. П. П. Федоров, Е. А. Ткаченко, С. В. Кузнецов и др., Неорган. материалы, 43, № 5: 574 (2007). 11. T. Tahara, I. Nakai, R. Miyawaki et al., Z. Kristallogr., 222: 326 (2007). 12. J.-G. Li, T. Ikegami, T. Mori et al., J. Am. Ceram. Soc., 86, No. 9: 1493 (2003). 13. A. Lempicki, C. Brecher, P. Szupryczynski et al., Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A, 488: 579 (2002).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75191
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:26:43Z
publishDate	2011
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Дулина, Н.А. Баумер, В.М. Вовк, О.М. Дейнека, Т.Г. Матейченко, П.В. Софронов, Д.C. Сергиенко, З.П. 2015-01-27T13:01:51Z 2015-01-27T13:01:51Z 2011 Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии / Н.А. Дулина, В.М. Баумер, О.М. Вовк, Т.Г. Дейнека, П.В. Матейченко, Д.C. Софронов, З.П. Сергиенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 837-847. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.46.Hk, 68.37.Lp, 78.30.Hv, 78.60.-b, 78.67.-n, 81.07.Wx, 81.70.Pg https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75191 Методом гетерогенного осаждения из водных растворов хлоридов при использовании в качестве осадителя гидрокарбоната аммония получен монофазный кристаллический прекурсор оксида лютеция предположительного состава (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристаллизуется в виде пластинчатых частиц ромбической формы с линейными размерами в 10—15 мкм2 и толщиной в несколько десятков нанометров. Установлен диапазон существования кристаллического прекурсора (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O (молярное соотношение реагентов NH₄HCO₃/Lu³⁺ – в интервале 8—20). Предложен механизм образования и термического разложения кристаллического прекурсора пластинчатой морфологии. Методом низкотемпературной (Т = 1000°С) кристаллизации прекурсора получены слабоагломерированные нанопорошки оксида лютеция кубической модификации. Показано, что частицы Lu₂O₃ наследуют пластинчатую морфологию исходных частиц карбонатного прекурсора, что является проявлением эффекта сохранения формы. Пластинчатые частицы оксида лютеция состоят из неплотноупакованных наночастиц с линейными размерами в ≅ 50 нм. Определены люминесцентные свойства активированных наноструктур Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии. Методою гетерогенного осадження з водних розчинів хлоридів при використанні в якості осаджувача гідрокарбонату амонію було одержано монофазний кристалічний прекурсор оксиду лютецію ймовірного складу (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристалізується у вигляді пластинчастих частинок ромбічної форми з лінійними розмірами у 10—15 мкм2 та товщиною у кілька десятків нанометрів. Встановлено діяпазон існування кристалічного прекурсору (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O (молярне співвідношення реаґентів NH₄HCO₃/Lu³⁺ – в інтервалі 8—20). Запропоновано механізм утворення та термічного розкладання кристалічного прекурсору пластинчастої морфології. Методою низькотемпературної (Т = 1000°С) кристалізації прекурсору одержано слабкоаґльомерований нанопорошок оксиду лютецію кубічної модифікації. Показано, що частинки Lu₂O₃ успадковують пластинчасту морфологію початкових частинок карбонатного прекурсору, що є проявом ефекту збереження форми. Пластинчасті частинки оксиду лютецію складаються з нещільно упакованих наночастинок з лінійними розмірами у ≅ 50 нм. Визначено люмінесцентні властивості активованих наноструктур Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчастої морфології. The (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O monophase crystalline precursor of Lu₂O₃ is obtained by precipitation of chlorides from aqueous solution using hydrocarbonate as a precipitant. Precursor is obtained in the form of rhombic plate-like particles with linear dimensions of 10—15 μm2 and a thickness of several tens of nanometers. Range of presence of (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O crystalline precursor is a molar ratio of the NH₄HCO₃/Lu³⁺ reagents of about 8—20. We propose the mechanism of formation and thermal decomposition of the crystalline plate-like precursor. Weakly agglomerated cubic-modification lutetium-oxide superfine-particle powder is obtained by low-temperature crystallization of the precursor (T = 1000°C). Lu₂O₃ particles inherit plate-like morphology of the original particles of the carbonate precursor that is a demonstration of the shape-memory effect. Lutetium-oxide particles are composed of not closepacked nanostructured crystallites with linear dimensions of about 50 nm. Luminescent properties of Eu³⁺-doped Lu₂O₃ nanostructures with plate-like morphology are investigated too. Авторы выражают благодарность к.ф.-м.н. Р.П. Явецкому за помощь в обсуждении результатов. Данный проект выполнен при частичной поддержке НАН Украины в рамках целевой комплексной программы фундаментальных исследований «Фундаментальные проблемы наноструктурных систем, наноматериалов, нанотехнологий» по договору № 78/10-Н от 06.08.10. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии Article published earlier
spellingShingle	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии Дулина, Н.А. Баумер, В.М. Вовк, О.М. Дейнека, Т.Г. Матейченко, П.В. Софронов, Д.C. Сергиенко, З.П.
title	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии
title_full	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии
title_fullStr	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии
title_full_unstemmed	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии
title_short	Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии
title_sort	низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц lu₂o₃:eu³⁺ пластинчатой морфологии
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75191
work_keys_str_mv	AT dulinana nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii AT baumervm nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii AT vovkom nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii AT deinekatg nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii AT mateičenkopv nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii AT sofronovdc nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii AT sergienkozp nizkotemperaturnyisintezlûminescentnyhnanokristalličeskihčasticlu2o3eu3plastinčatoimorfologii

Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии

Institution

Ähnliche Einträge