Изучение физико-химических и спектрально-люминесцентных характеристик материалов на основе кварцевого стекла и иттрий-алюминиевого граната, активированного церием

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Разработаны составы и методика изготовления композиционных материалов для удаленных фотолюминесцентных преобразователей светодиодного излучения на основе кварцевого стекла и ультрадисперсных порошков иттрий-алюминиевого граната, активированного ионами церия (Y3Al5O12 : Ce3+). Оптимизированы условия синтеза граната методом термохимических реакций (горения) азотнокислых солей в лимонной кислоте и получены агломерированные порошки с размерами первичных частиц 0.8–12.3 мкм для реакции с недостатком кислоты и в пределах от 49 до 207 нм для синтеза в условиях избытка лимонной кислоты. Изучены физико-химические, структурные и спектрально-люминесцентные характеристики порошкообразных образцов и композитов «кварцевое стекло – легкоплавкое стекло – люминофор», сформированных при пониженных температурах спекания (650–700 °С). Показано, что при подсветке композиционной пластины синим светодиодом (λmax = 455 нм) визуально фиксируется пятно белого света, формируемое из комбинации рассеянного синего излучения и желтого, возбуждаемого в частицах YAG : Ce3+ (λmax = 560 нм).

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. В. Здравков

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова НИЦ “Курчатовский институт”

Author for correspondence.
Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Russian Federation, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Е. Н. Подденежный

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Belarus, 246746, Гомель, пр. Октября, 48

А. А. Бойко

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Belarus, 246746, Гомель, пр. Октября, 48

А. О. Добродей

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Belarus, 246746, Гомель, пр. Октября, 48

Н. Н. Химич

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Russian Federation, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, 6

References

  1. Zhang R., Lin H., Yu Y., Chen D., Xu J., Wang Y. A new-generation color converter for highpower white LED: transparent Ce3+: YAG phosphor-in-glass // Laser Photonics. 2014. Rev. 8(1). P. 158–164.
  2. Kistankina M.A., Aseev V.A., Tuzova J.V., Mynbaev K.D., Bougrov V.E., Nikonorov N.V., Romanov A.E. Luminescent Phosphor-in-Glass Composite for White Light-Emitting Diodes // Journal of Optoelectronics Engineering. 2017. V. 5. № 1. P. 7–9.
  3. Zheng P., Li S., Wang L., Zhou T.-L., You S., Takeda T., Hirosaki N., Xie R.-J. Unique color converter architecture enabling phosphor-in-glass (PiG) films suitable for high-power and high luminance laser-driven white lighting // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. Is. 17. P. 14930–14940.
  4. Bobkova N.M., Trusova E.E. Glass-Ceramic Lightconverting Composites of a Remote Type for lighting sourses based on light-emitting diodes // Glass Physics and Chemistry. 2015. V. 41. № 3. P. 296–301.
  5. Kwon S.B., Choi S.H., Yoo J.H., Jeong S.G., Song Y.-H., Yoon D.H. Synthesis design of Y3Al5O12: Ce3+ phosphor for fabrication of ceramic converter in automotive application // Optical Materials. 2018. V. 80. P. 265–270.
  6. Mudasir F., Haqnawaz R., Aarif ul I.S., Mir H.R. Review – On the Development of Phosphors for Luminescent Materials: Synthesis, Characterization, Applications and Evolution of Phosphors as White-Light-Emitting Diodes // ECS J. Solid State Sci. Technol. 2023. V. 12. № 12. 126002.
  7. Cho J., Park J.H., Kim J.K., Schubert E.F. White light-emitting diodes: History, progress, and future // Laser & Photonics Reviews. 2017. V. 11. Is. 2. 1600147.
  8. Nishiura S., Tanabe S., Fujioka K., Fujimoto Y., Nakatsuka M. Preparation and Optical Properties of Transparent Ce:YAG Ceramics for High Power White LED // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. V. 1. № 012031.
  9. Wagner A., Ratzker B., Kalabukho S., N. Enhanced external luminescence quantum efficiency of ceramic phosphors by surface roughening // Journal of Luminescence. 2019. V. 213(5). P. 454–458.
  10. Yao Q., Zhang L., Zhang J., Jiang Zh., Sun B., Shao C., Ma Y., Zhou T., Wang K., Zhang L., Chen H., Wang Y. Simple mass-preparation and enhanced thermal performance of Ce:YAG transparent ceramics for high power white LEDs // Ceramics International. 2019. V. 45(5). P. 6356–6362.
  11. Lin H., Hu T., Cheng Y., Chen M., Wang Y. Glass Ceramic Phosphors: Towards Long-Lifetime High-Power White Light-Emitting-Diode Applications – A Review // Laser Photonics Rev. 2018. V. 12. Is. 6. 1700344.
  12. Chen D., Xiang W., Liang X., Zhong J., Yu H., Ding M., Lu H., Ji Z. Advances in transparent glass-ceramic phosphors for white light-emitting diodes – A review // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35(3). P. 859–869.
  13. Liu X., Qian X., Zheng P., Chen X., Feng Y., Shi Y., Zou J., Xie R., Li J. Composition and structure design of three-layered composite phosphors for high color rendering chip-on-board lightemitting diode devices // J. Adv. Ceram. 2021. V. 10(4) P. 729–740.
  14. Бобкова Н.М., Трусова Е.Е. Стеклокомпозиционные материалы для светодиодных преобразователей оптоэлектронных устройств // Техника и технология силикатов. 2018. Т. 25. № 2. С. 56–59.
  15. Shvaleva M.A., Tuzova J.V., Aseev V.A., Mynbaev K.D., Romanov A.E., Nikonorov N.V., Bougrov V.E. Optical and thermal properties of phosphors based on lead-silicate glass for high-power white LEDs // Technical Physics Letters. 2015. V. 41(11). P. 1041–1043.
  16. Подденежный Е.Н., Добродей А.О., Бойко А.А., Здравков А.В., Гришкова Е.И., Химич Н.Н. Формирование наноструктурированных частиц иттрий-алюминиевого граната, активированного церием, методом горения // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37. № 5. С. 63–67.
  17. Подденежный Е.Н., Бойко А.А., Добродей А.О., Гришкова Е.И., Здравков А.В., Химич Н.Н. Получение нанодисперсных частиц легированного иттрий-алюминиевого граната с использованием золь-гель процесса // Журнал прикладной химии. 2011. Т. 84. № 9. С. 1450–1453.
  18. Tucureanu V., Matei A., Avram A.M. Synthesis and characterization of YAG:Ce phosphors for white LEDs // Opto-Electronics Review. 2015. V. 23. № 4. P. 239–251.
  19. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 306 с.
  20. Zhang L., Lu Zh., Zhu J., Yang H., Han P., Chen Y., Zhang Q. Citrate sol-gel combustion preparation and photoluminescence properties of YAG: Ce phosphors // Journal of Rare Earths. 2012. V. 30(4). P. 289–296.
  21. Chung W.J., Nam Y.H. A Review on Phosphor in Glass as a High Power LED Color Converter // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2020. V. 9. 016010.
  22. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Реакции неорганических веществ: справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2007. 637 с.
  23. Coates J. Interpretation of Infrared Spectra, A Practical Approach // Encyclopedia of Analytical Chemistry / Ed. by R.A. Meyers. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2000. P. 10815– 10837.
  24. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений / Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 269 с.
  25. Kim Y.H., Viswanath Noolu S.M., Unithrattil S., Kim H.J., Im W.B. Review – Phosphor Plates for High-Power LED Applications: Challenges and Opportunities toward Perfect Lighting // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2018. V. 7(1). P. R3134–R3147.
  26. Chung D.N., Hieu D.N., Thao T.T., Truong V.-V., Nang D.N. Synthesis and Characterization of Ce-Doped Y3Al5O12 (YAG: Ce) Nanopowders Used for Solid-State Lighting // Journal of nanomaterials. 2014. V. 2014. Is. 1. № 571920.
  27. Bobkova N.M., Trusova E.E., Zakharevich G.B. Phase glass formation and the properties of BaO–Bi2O3–B2O3 glasses // Glass and ceramics. 2013. V. 69. № 11–12. P. 366–369.
  28. Li S., Wang L., Hirosaki N., Xie R.J. Color conversion materials for high-brightness laser-driven solid-state lighting // Laser Photonics Rev. 2018. V. 12(12). 1800173.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM images of YAG : Ce particles obtained in the combustible mixture at low (a) and high (b) concentrations of citric acid.

Download (740KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. DTA, DTG and TG curves of YAG : Ce powders prepared by combustion method under citric acid deficiency.

Download (191KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diffractogram of xerogel (1) and YAG : Ce3+ powders obtained under citric acid deficiency and calcined at T = 700, 900, 1100 and 1200 °C (1 h).

Download (215KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. IR spectra of Y3Al5O12 : Ce powders obtained by combustion of nitrate mixture in citric acid and calcined at different temperatures, °C: 1 - 700, 2 -900, 3 - 1000, 4 - 1100, 5 - 1200.

Download (244KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Luminescence spectra of microcrystalline YAG : Ce3+ powders as a function of calcination temperature, °C: 240, 900, 1100, 1200 (1 h).

Download (285KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Variants of remote phosphor transducers location relative to the crystal or matrix of a light-emitting diode (LED): a - flat form (1 - LED, 2 - lens, 3 - photoconverter, 4 - housing); b - hemispherical form (1 - LED, 2 - photoconverter, 3 - protective glass, 4 - housing).

Download (131KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Quartz glass powder: a - after washing in the ultrasonic bath; b - as part of the composite. Magnification - × 200.

Download (657KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Luminescence spectra of YAG : Ce composite (λvozb = 440 nm) depending on the concentration of particles in the composition of fusible glass: 1 - 5 wt%, 2 - 10 wt%, 3 - 30 wt%.

Download (162KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Visualisation of light passing through the composite plate (a) during luminescence excitation by a blue LED; observed white emission with a blue component (b).

Download (392KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Total emission spectrum of the blue LED and composite light converter (a) and colour diagram (b).

Download (217KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».