Kinetics of Nd³⁺ luminescent complexes in CCl₄–GaCl₃ solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

In order to create a low-toxic and cheap liquid laser medium, carbon tetrachloride solutions activated by Nd³⁺ were prepared. The concentration of Nd³⁺ in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions reaches 1 mol/l, whereas the lifetime of the excited state of Nd³⁺ does not exceed 80 μs and the quantum yield of Nd³⁺ luminescence is less than 0.3. The spectral-luminescent properties of CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions, the kinetics of formation and quenching of luminescent Nd³⁺ complexes are considered. The rate of Nd³⁺ complexation increases with increasing [GaCl₃] : [Nd³⁺] ratio. The limitation of the lifetime of the excited state of Nd³⁺ is due to the overlap of the absorption band of the CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solution with the luminescent band 4F3/24I15/2 in the wavelength range of 1840 – 1870 nm.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. V. Tikhonov

State Scientific Centre of the Russian Federation – Leypunsky Institute for Physics and Power Engineering

Author for correspondence.
Email: gvtikhonov@ippe.ru
Russian Federation, Obninsk

E. A. Seregina

State Scientific Centre of the Russian Federation – Leypunsky Institute for Physics and Power Engineering

Email: gvtikhonov@ippe.ru
Russian Federation, Obninsk

A. V. Podkopaev

State Scientific Centre of the Russian Federation – Leypunsky Institute for Physics and Power Engineering

Email: gvtikhonov@ippe.ru
Russian Federation, Obninsk

References

  1. Varshney A.K., Mainuddin, Singhal G., Nayak J. // Infrared Phys. Technol. 2023. V. 136. 105064. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.105064
  2. Anikiev Yu.G., Zhabotinsky M.E., Kravchenko V.B. Lasers Based on Inorganic Liquids. Moscow: Nauka, 1986.
  3. Seregina E.A. // Chem. Phys. 1996. V. 15. № 8. P. 23–27.
  4. Melnikov S.P., Sizov A.N., Sinyanskiy A.A. Nuclear-Pumped Lasers: Monograph. Sarov: RFNC–VNIIEF, 2008.
  5. Dobrovolsky A.F., Kabakov D.V., Seregin A.A. et al. // Quantum Electron. 2009. V. 39. № 2. P. 139.
  6. Seregina E.A., Dobrovolsky A.F., Kabakov D.V. et al. // Quantum Electron. 2009. V. 39. № 8. P. 705.
  7. Batyaev I.M., Morev S.Yu. // J. Appl. Chem. 1994. V. 67. № 9. P. 1509.
  8. Ault E.R., Comaskey B.J., Kuklo T.C. High Average Power Laser Using a Transverse Flowing Liquid Host. U.S. Patent 6600766 B1, 2003.
  9. Comaskey B.J., Scheibner K.F., Ault E.R. Liquid Heat Capacity Lasers. U.S. Patent 7212558 B2, 2007.
  10. Xu Z., Su Y., Li C.-L. et al. // High Power Laser and Particle Beams. 2006. V. 18. № 12. P. 1941. http://caod.oriprobe.com/articles/11637037/Experimental_study_on_diode_pumping_inorganic_liquid_laser_output.htm
  11. Li M., Wang Y., Li C.-L. et al. // Acta Opt. Sin. 2011. V. 31. № 2. P. 135. https://doi.org/10.3788/aos201131.0214004
  12. Kuhn V., Gottwald T., Stolzenburg C. et al. // Proc. Conf. on Solid State Lasers XXIV: Technology and Devices. San Francisco: SPIE, 2015. V. 9342. 93420Y. https://doi.org/10.1117/12.2079876
  13. Roshchin A.V., Usin V.V. // Chem. Phys. 2017. V. 36. № 7. P. 3. https://doi.org/10.7868/S0207401X17070123
  14. Hari Babu Srivastava // Technol. Focus. 2015. V. 23. № 4. P. 15. http://www.drdo.gov.in/drdo/pub/techfocus/ 2015/TF_August_2015_WEB.pdf
  15. Varshney A.K., Mainuddin M., Kumar S. et al. // Opt. Laser Technol. 2022. V. 148. 107740. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107740
  16. Varshney A.K., Mainuddin M., Singhal G., Nayak J. // Infrared Phys. Technol. 2022. V. 125. 104265. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2022.104265
  17. Varshney A.K., Mainuddin M., Kumar S. et al. // Opt. Laser Technol. 2023. V. 167. 109811. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109811
  18. Tikhonov G.V., Babkin A.S., Seregina E.A., Seregin A.A. // Inorg. Mater. 2017. V. 53. № 10. P. 1122. https://doi.org/10.7868/S0002337X17100165
  19. Babkin A.S., Seregina E.A., Seregin A.A., Tikhonov G.V. // Opt. Spectrosc. 2018. V. 125. № 4. P. 507. https://doi.org/10.21883/OS.2018.10.46703.157-18
  20. Seregina E.A., Seregin A.A., Tikhonov G.V. // Opt. Spectrosc. 2020. V. 128. № 10. P. 1441. https://doi.org/10.21883/OS.2020.10.50012.305-20
  21. Denezhkin I.A., Dyuzhov Yu.A., Kukharchuk O.F. et al. // Modern Chemical Physics. XXXIII Symposium, abstracts. Moscow: Doblest, 2021. P. 306.
  22. Dohare R.K., Mainuddin, Singhal G. // IJERECE. 2021. V. 8. № 7. P. 1. https://www.technoarete.org/common_abstract/pdf/IJERECE/v8/i7/Ext_93128.pdf
  23. Belkova N.L., Svinarenko V.A., Batyaev I.M. Active Substance for Liquid Lasers. Author’s Certificate 766504 A1 USSR // Filed 05.03.1979. Published 30.11.1994. https://www.elibrary.ru/download/elibrary_41083508_ 76119515.pdf
  24. Batyaev I.M., Kabatsky Yu.A. // Bull. Acad. Sci. USSR. Inorg. Mater. 1991. V. 27. № 9. P. 1928.
  25. Fedorov P.I., Nedev S.K. // J. Inorg. Chem. 1966. V. 11. № 10. P. 2413. http://pavel-fedorov.sitecity.ru/lalbum_2202160615.phtml?pix=0&p_ident=lalbum_2202160615.p_0702164105
  26. Buchachenko A.L. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2024. V. 18. № 1. P. 229. https://doi.org/10.1134/S1990793124010068
  27. Seregina E.A., Tikhonov G.V. // Chem. Phys. 1996. V. 15. № 8. P. 116.
  28. Lyubimov E.I., Batyaev I.M. // J. Appl. Chem. 1972. V. 45. № 6. P. 1176.
  29. Tikhonov G.V., Seregina E.A. // Radiochemistry. 2013. V. 55. № 1. P. 29.
  30. Razumov V.F. // Chem. Phys. 2023. V. 42. № 2. P. 14. https://doi.org/10.31857/S0207401X23020139
  31. Coordination Chemistry of Rare Earth Elements / Ed. by Spitsyn V.I., Martynenko L.I. Moscow: MSU, 1979.
  32. Seregina E.A., Kabakov D.V. // Opt. Spectrosc. 2005. V. 98. № 2. P. 254.
  33. Seregina E.A., Seregin A.A., Tikhonov G.V., Podkopaev A.V. // Opt. Spectrosc. 2023. V. 131. № 3. P. 332. https://journals.ioffe.ru/articles/55382
  34. Kaminsky A.A. Laser Crystals. Moscow: Nauka, 1975.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Absorption spectra of CCl₄ (1), CCl₄–GaCl₃ (2) and CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ (3, 4) solutions prepared from neodymium perchlorate (3) and TFA (4).

Download (66KB)
3. Fig. 2. Absorption spectra of CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions prepared from neodymium perchlorate (1, 2) and TFA (3–5); ([GaCl₃] : [Nd]) ᵢₙ = 8.1 (1, 2), 8.4 (3), and 2.5 (4, 5).

Download (50KB)
4. Fig. 3. Absorption of CCl₄–GaCl₃ (1) and CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions prepared from TFA (2–6); [GaCl₃] : [Nd³⁺] = 8.4; [Nd³⁺] = 0.25 mol/L; complexation time: 2 (2), 5 (3), 9 (4), 15 (5), and 130 (6).

Download (54KB)
5. Fig. 4. Absorption bands of Nd³⁺ in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions prepared from TFA (1–5) and neodymium perchlorate (6); [GaCl₃] : [Nd³⁺] = 3.8 (1), 6.2 (2), 8.9 (3), 13 (4), 17 (5), and 8.1 (6); [Nd³⁺] = (0.092 ± 0.004) mol/L.

Download (176KB)
6. Fig. 5. Absorption bands of Nd³⁺ in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solution; [GaCl₃] : [Nd³⁺] = 3.8; [Nd³⁺] = 0.095 mol/l; complexation time: 1 (1), 7 (2), 51 (3), 80 (4) and 93 (5).

Download (173KB)
7. Fig. 6. Kinetic dependences of Nd³⁺ complexation in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions; [GaCl₃] : [Nd³⁺] = 2.5 (1), 4.0 (2), 4.8 (3), 5.9 (4), 6.7 (5), 8.4 (6), 10.4 (7), 10.5 (8), 13 (9); the ratio ([GaCl₃] : [Nd³⁺])in is the initial one.

Download (45KB)
8. Fig. 7. Kinetic dependences of Nd³⁺ luminescence quenching in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions (curve numbers correspond to sample numbers from Table 2).

Download (76KB)
9. Fig. 8. Kinetic dependences of Nd³⁺ luminescence quenching in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions prepared from neodymium TFA; [GaCl₃] : [Nd³⁺] = 4.8 (1), 5.3 (2, 3), 5.9 (4) and 8.4 (5, 6); [Nd³⁺] ≈ (0.27 ± 0.03) mol/L.

Download (45KB)
10. Fig. 9. Structure of levels and transitions between them for Nd³⁺ in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺: solid arrows are radiative transitions, dashed arrows are nonradiative transitions.

Download (22KB)
11. Fig. 10. Luminescence spectrum of Nd³⁺ in CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solution.

Download (25KB)
12. Fig. 11. Absorption spectra of CCl₄–GaCl₃–Nd³⁺ solutions prepared from TFA (1) and neodymium perchlorate (2), τ = 0.07 ms, SOCl₂–GaCl₃–Nd³⁺, τ = 0.3 ms (3), and the wavelength of the luminescent transition ⁴F₃/₂ → ⁴I₁₅/₂ of neodymium(III) (4).

Download (47KB)

Copyright (c) 2025 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».