Анализ влияния структуры ZnS:Cu,Br люминофоров на люминесцентные характеристики с применением теории перколяции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

При синтезе ZnS:Cu,Br люминофоров (сульфид цинка активированный ионами меди и брома) формируется композитная вюрцитно-сфалеритная структура, а интенсивность свечения и содержание центров свечения в виде донорно-акцепторных пар CuZn-BrS достигают максимума при определенной доле вюрцитной фазы в люминофоре. Это подтверждается исследованием фазового состава синтезированных люминофоров и изменениями спектров радиолюминесценции. Наблюдаемый результат предложено объяснить с привлечением представлений теории перколяции, учитывая, что формирование люминофорной матрицы композитного вюрцитно-сфалеритного состава способствует увеличению скорости диффузии ионов активатора и соактиватора (Cu+ и Br–) по межфазной границе и формированию центров свечения. Показано, что радиационное воздействие, способствующее образованию структурных дефектов в исходной матрице ZnS, дополнительно повышает интенсивность люминесценции. Применение данного подхода позволяет создавать материалы с оптимальной наноструктурой и высокими целевыми характеристиками.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Зеленина

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); АО «Радиевый Институт им. В. Г. Хлопина»

Автор, ответственный за переписку.
Email: elena.v.zelenina@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

М. М. Сычев

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ – ИХС)

Email: elena.v.zelenina@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

И. В. Снятков

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: elena.v.zelenina@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Чуркина

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: elena.v.zelenina@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Bower, K.E., Barbanel Y.A., Shreter Y.G., Bohnert G.W. Polymers, Phosphors, and Voltaics for Radioisotope Microbatteries. New York.: CRC Press LLC, 2002. 477 p.
  2. Yen W.M., Weber J.Marvin. Inorganic phosphors: compositions, preparation, and optical properties. New York.: CRC Press LLC, 2004. 456 p.
  3. Кавецкий А.Г., Нехорошков С.Н., Мелешков С.П. Устинов В.А. Эффективность преобразования энергии в бетавольтаических батареях. СПб.: Радиевый институт им. В. Г. Хлопина, 2001. 34 с.
  4. Lyuji Ozawa. Cathodoluminescence and Photoluminescence Theories and Practical Applications. CRC Press, Taylor & Francis Group, LLC, 2007. 158 p.
  5. Chander, H., Shanker, V., Haranath, D., Dudeja S., Sharma P. Characterization of ZnS:Cu, Br electroluminescent phosphor prepared by new route // Mater. Res. Bull. 2003. V. 38, Iss. 2. P. 279–288.
  6. Сычев М.М., Огурцов К.А., Лебедев В.Т. Кульвелис Ю.В., Torok Gy., Соколов А.Е., Трунов В.А., Бахметьев В.В., Котомин А.А., Душенок С.А., Козлов А.С. Влияние концентрации меди и обработки ZnS на характеристики синтезированных электролюминофоров ZnS:Cu,Cl // Физика и техника полупроводников. 2012. Т. 46. № 5. С. 714–718.
  7. Corrado C., Cooper J.K., Hawker M., Hensel J., Livingston G., Gul Sh., Vollbrecht B., Bridges F., Zhang J.Z. Synthesis and Characterization of Organically Soluble Cu-Doped ZnS Nanocrystals with Br Co-activator // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 14559–14570.
  8. Комаров Е.В. Влияние состава и радиационного модифицирования на свойства цинксульфидных люминофоров. Канд. дис. СПб., 2007. 126 с.
  9. Hillie K.T., Swart H.C. Low temperature effect on the electron beam induced degradation of ZnS:Cu,Al,Au phosphor powders // Applied Surface Science. 2002. V. 193. P. 77–82
  10. Igarashi T. A thermoluminescence study on the state of Cl in ZnS:Ag by electron beam // Materials Research Bulletin. 2002. V. 37., Iss. 3., P. 533–539.
  11. Brunner S., Puff W., Balogh A. G., Mascher P. Induced defects in ZnS by electron and proton irradiation and defect-annealing behavior // Physica B. 1999. Iss. 273–274. P. 898–901.
  12. Суржиков А.П., Притулов А.М., Гынгазов С.А., Лысенко Е.Н. Исследование диффузии кислорода в Li-Ti ферритах // Перспективные материалы. 1999. №6. С. 90–94.
  13. Kominami H., Mjakin S.V., Sychov M.M., Korsakov V.G., Bakhmetjev V.V., Sidorova A.A., Sosnov E.A., Nakanishi Y., Hara K., Mimura H. Effect of annealing atmosphere and electron beam pre-irradiation on the properties of SrGa2S4:Eu phosphor films // Optical Materials. 2013. Iss. 35. Р. 1109–1111.
  14. Зеленина Е.В. Разработка твердотельных радолюминесцентных источников света повышенной яркости. Канд. дис. СПб., 2022. 145 с.
  15. Bakhmetyev V.V., Zelenina E.V., Shvindin M.A. Synthesis of ZnS:Cu,Br radioluminescent phosphors using the electron-beam treatment and studying their characteristics // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2056. Art. 012047. P. 8.
  16. Снятков И.В., Чуркина А.В., Зеленина Е.В. Корреляция структурных изменений с радиолюминесцентными характеристиками цинкосульфидных люминофоров. Международный симпозиум “Нанофизика и наноматериалы”: Сб. научн. трудов. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет, 2023. С. 215.
  17. Иржак В.И. О пороге перколяции в полимерных нанокомпозитах // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 8. C. 1228–1231.
  18. Рейдан Абди, Ерохин М. Измерение характеристик алгоритма моделирования перколяции. Proc. 54-th national scientific symposium «Metrology and mertology assurance», 2014, Sozopol, Bulgaria.: Sofia, 2014. P. 133. (in russian)
  19. Калашникова П.А. Моделирование транспортных свойств полимерных композитов с углеродными нанонаполнителями. Канд. дис. М. 2021. 145 с.
  20. Шевченко В.Г. Основы физики полимерных композиционных материалов. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2010. 98 с.
  21. Чуркина А.В., Снятков И.В. Исследование структуры цинкосульфидных люминофоров и ее влияния на радиолюминесцентные характеристики. Тр. XIII Конгресс молодых ученых ИТМО, Санкт-Петербург, 2024. (в печати; doi: 10.13140/RG.2.2.17112.71682)
  22. Yiyu Li, Wenxia Tan, Yiquan Wu. Phase transition between sphalerite and wurtzite in ZnS optical ceramic materials // Journal of the European Ceramic Society. 2020. Iss. 40. p. 2130–2140.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты рентгенофазового анализа ZnS:Cu(0.03),Br люминофоров, синтезированных: а – без использования ЭЛО; б – из электронно-модифицированной шихты; в – из электронно-модифицированной шихты с повторной ЭЛО готового люминоф

Скачать (309KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость интенсивности «зеленой» полосы в спектре радиолюминесценции от содержания вюрцитной фазы в люминофорах ZnS:Cu,Br: а – серии люминофоров, синтезированных в различных режимах электронно лучевой обработки и без нее; б – серия синтезированная без применения электронно-лучевой обработки.

Скачать (130KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Порог перколяции как доля заполненных узлов в системе [20].

Скачать (25KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема формирования непрерывного кластера в зерне люминофора: а) зерно (условно квадратное) состоит только из кристаллитов сфалерита (s); б) в зерне появляются кристаллиты со структурой вюрцита (w), поэтому, за счет появления границы раздела вюрцит/сфалерит, скорость диффузии постепенно возрастает; в) порог перколяции – формирование непрерывного трека для диффузии вдоль границы раздела вюрцит/сфалерит, скорость диффузии резко возрастает; г) разрастание перколяционного кластера. Стрелки показывают возможные треки диффузии ионов активатора и соактиватора вдоль границы раздела вюрцит/сфалерит.

Скачать (142KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Аппроксимация I = f(w) по уравнениям теории перколяции; а – образцы, синтезированные без ЭЛО; б – образцы, синтезированные с ЭЛО шихты; в – образцы, синтезированные с ЭЛО шихты и ЭЛО готового люминофора.

Скачать (187KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024