Pulsed photoluminescence of YAG: Ce phosphors synthesized in the radiation field

(1)

ISSN (Print) 2616-6836 ISSN (Online) 2663-1296

Л.Н. Гумилев атындағы Eуразия ұлттық университетiнiң

ХАБАРШЫСЫ BULLETIN

of L.N. Gumilyov Eurasian National University

ВЕСТНИК

Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева

ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯсериясы

PHYSICS. ASTRONOMY Series

СерияФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ

№3(132)/2020

1995 жылдан бастап шығады Founded in 1995

Издается с 1995 года

Жылына 4 рет шығады Published 4 times a year Выходит 4 раза в год

Нұр-Сұлтан, 2020 Nur-Sultan, 2020 Нур-Султан, 2020

(2)

Бас редакторы:

ф.-м.ғ.д., профессор, Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ А.Т. Ақылбеков(Қазақстан)

Бас редактордың орынбасары Гиниятова Ш.Г.ф.-м.ғ.к., доцент Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ (Казахстан)

Редакция алқасы

Арынгазин А.Қ. ф.-м.ғ. докторы, Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ(Қазақстан) Алдонгаров А.А. PhD, Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан)

Балапанов М.Х. ф.-м.ғ.д., проф., Башқұрт мемлекеттiк университетi (Ресей) Бахтизин Р.З. ф.-м.ғ.д., проф., Башқұрт мемлекеттiк университетi (Ресей) Даулетбекова А.Қ. ф.-м.ғ.к., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан)

Ержанов Қ.К. ф.-м.ғ.к., PhD, Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Жұмадiлов Қ.Ш. PhD, Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан)

Здоровец М. ф.-м.ғ.к., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ(Қазақстан) Қадыржанов Қ.К. ф.-м.ғ.д., проф., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Кайнарбай А.Ж. ф.-м.ғ.к., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Козловский А.Л. PhD, Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан)

Кутербеков Қ.А. ф.-м.ғ.д., проф., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Лущик А.Ч. ф.-м.ғ.д., проф., Тарту университетi (Эстония) Попов А.И. ф.-м.ғ.д., проф., Латвия университетi (Латвия) Морзабаев А.К. ф.-м.ғ.к., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Мырзақұлов Р.Қ. ф.-м.ғ.д., проф., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ(Қазақстан) Нұрахметов Т.Н. ф.-м.ғ.д., проф., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Сауытбеков С.С. ф.-м.ғ.д., проф., Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ (Қазақстан) Салиходжа Ж.М ф.-м.ғ.к., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан)

Скуратов В.А. ф.-м.ғ.д., проф., Бiрiккен ядролық зерттеулер институты (Ресей) Тлеукенов С.К. ф.-м.ғ.д., проф., Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан)

Усеинов А.Б. PhD, Л.Н. Гумилев ат. ЕҰУ (Қазақстан) Хоши М. PhD, проф., Коши университетi (Жапония)

Шункеев Қ.Ш. ф.-м.ғ.д., проф., Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе мемлекеттiк университетi (Қазақстан)

Редакцияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ., Сәтбаев к-сi, 2, 402 б., Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi.

Тел.: +7(7172) 709-500 (iшкi 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz

Журнал менеджерi: Г. Мендыбаева

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетiнiң Хабаршысы.

ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы

Меншiктенушi: "Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi" Коммерциялық емес акционерлiк қоғам

Мерзiмдiлiгi: жылына 4 рет. Басуға 28.09.2020 ж. қол қойылды. Жазылу индексi: 76093 Қазақстан Республикасыңың Ақпарат және коммуникациялар министрлiгiнде 27.03.2018ж.

№16999-ж тiркеу куәлiгiмен тiркелген.

Ашық қолданудағы электрондық нұска: http://bulphysast.enu.kz/

Типографияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ., Қажымұқан к-сi, 12/1, 102 б., Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi. Тел.: +7(7172)709-500 (iшкi 31-428)

c

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi

(3)

Editor-in-Chief

Doctor of Phys.-Math. Sciences, Professor, ENU А.Т. Akilbekov(Kazakhstan)

Deputy Editor-in-Chief Giniyatova Sh.G., Candidate of Phys.-Math. Sciences, Assoc. Prof., ENU (Kazakhstan)

Editorial Board

Aryngazin A.К. Doctor of Phys.-Math. Sci., ENU (Kazakhstan) Aldongarov А.А. PhD, ENU (Kazakhstan)

Balapanov М.Kh. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., BashSU (Russia) Bakhtizin R.Z. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., BashSU (Russia) Dauletbekova А.К. Candidate of Phys.-Math. Sci., PhD, ENU (Kazakhstan) Hoshi M. PhD, Prof., Kyushu University (Japan)

Kadyrzhanov К.К. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., ENU (Kazakhstan) Кainarbay А.Zh. Candidate of Phys.-Math. Sci., ENU (Kazakhstan) Kozlovskiy А.L. PhD, ENU (Kazakhstan)

Kuterbekov К.А. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., ENU (Kazakhstan)

Lushchik А. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., University of Tartu (Estonia) Morzabayev А.К. Candidate of Phys.-Math. Sci., ENU (Kazakhstan)

Myrzakulov R.К. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., ENU (Kazakhstan) Nurakhmetov Т.N. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., ENU (Kazakhstan)

Popov A.I. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., University of Latvia (Latvia) Sautbekov S.S. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., KazNU (Kazakhstan) Salikhodzha Z. M Candidate of Phys.-Math. Sci., ENU (Kazakhstan)

Skuratov V.А. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., Joint Institute for Nuclear Research (Russia) Tleukenov S.К. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., ENU (Kazakhstan)

Useinov А.B. PhD, ENU (Kazakhstan)

Yerzhanov К.К. Candidate of Phys.-Math. Sci., PhD, ENU (Kazakhstan) Zdorovets М. Candidate of Phys.-Math. Sci., ENU (Kazakhstan) Zhumadilov K.Sh. PhD, ENU (Kazakhstan)

Shunkeyev K.Sh. Doctor of Phys.-Math. Sci., Prof., Zhubanov University (Kazakhstan)

Editorial address: L.N. Gumilyov Eurasian National University, 2, Satpayev str., of. 402, Nur-Sultan, Kazakhstan 010008

Теl.: +7(7172) 709-500 (ext. 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz

Managing Editor: G. Mendybayeva

Bulletin of L.N. Gumilyov Eurasian National University.

PHYSICS. ASTRONOMY Series

Owner: Non-profit joint-stock company "L.N. Gumilyov Eurasian National University"

Periodicity: 4 times a year. Signed in print 28.09.2020. Subscription index: 76093

Registered by the Ministry of Information and Communication of the Republic of Kazakhstan.

Registration certificate №16999-ж from 27.03.2018.

Available at: http: //bulphysast.enu.kz/

Address of printing house: L.N. Gumilyov Eurasian National University, 12/1 Kazhimukan str., Nur-Sultan,Kazakhstan 010008;

tel.:+7(7172) 709-500 (ext. 31-428)

c

L.N.Gumilyov Eurasian National University

(4)

Главный редактор:

доктор ф.-м.н.,профессор

А.Т. Акилбеков,ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан)

Зам. главного редактора Ш.Г. Гиниятова к.ф.-м.н., доцент ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан)

Редакционная коллегия

Арынгазин А.К. д.ф.-м.н., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Алдонгаров А.А. PhD, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Балапанов М.Х. д.ф.-м.н., проф., БашГУ (Россия)

Бахтизин Р.З. д.ф.-м.н., проф., БашГУ (Россия)

Даулетбекова А.К. д.ф.-м.н., PhD, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Ержанов К.К. к.ф.-м.н., PhD, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Жумадилов К.Ш. PhD, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан)

Здоровец М. к.ф-м.н., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Кадыржанов К.К. д.ф.-м.н., проф., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Кайнарбай А.Ж. к.ф.-м.н., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Козловский А.Л. PhD, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан)

Кутербеков К.А. д.ф.-м.н., проф., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Лущик А.Ч. д.ф.-м.н., проф., Тартуский университет (Эстония) Морзабаев А.К. д.ф.-м.н., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Мырзакулов Р.К. д.ф.-м.н., проф., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Нурахметов Т.Н. д.ф.-м.н., проф., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Попов А.И. д.ф.-м.н., проф., Латвийский университет (Латвия) Сауытбеков С.С. д.ф.-м.н., проф., КазНУ им. аль-Фараби (Казахстан) Салиходжа Ж.М к.ф.-м.н., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан)

Скуратов В.А. д.ф.-м.н., проф., Объединенный институт ядерных исследований (Россия) Тлеукенов С.К. д.ф.-м.н., проф., ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан)

Усеинов А.Б. PhD, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Казахстан) Хоши М. PhD, проф., Коши университет (Япония)

Шункеев К.Ш. д.ф.-м.н., проф., АРГУ имени К. Жубанова (Казахстан)

Адрес редакции: 010008, Казахстан, г. Нур-Султан, ул. Сатпаева, 2, каб. 402, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева.

Тел.: (7172) 709-500 (вн. 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz

Менеджер журнала:Г. Мендыбаева

Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.

Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ

Собственник Некоммерческое акционерное общество "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева"

Периодичность: 4 раза в год. Подписано в печать 28.09.2020 г. Подписной индекс: 76093 Зарегистрирован Министерством информации и коммуникаций Республики Казахстан.

Регистрационное свидетельство №16999-ж от 27.03.2018г.

Электронная версия в открытом доступе: http: //bulphysast.enu.kz/

Адрес типографии: 010008, Казахстан, г. Нур-Султан, ул. Кажимукана, 12/1, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева. тел.: +7(7172)709-500 (вн. 31-428)

c

Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

(5)

Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТIНIҢ ХАБАРШЫСЫ. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы

№3(132)/2020

МАЗМҰНЫ

Жасыбаева М.Б., Есмаханова К.Р.Дарбу түрлендiруi және Фокас-Ленэллс теңдеуiнiң нақты бiр солитонды шешiмi

8

Горлачев И., Глущенко Н., Иванов И., Киреев А., Курахмедов А., Платов А., Самбаев У., Здоровец М. Нысаналы атомдарды ауыр иондармен қоздыруға арналған PIXE әдiсiнiң шектерi

14

Ерғалиев Д.С., Әбдiрашев Ө.К., Жумабаева А.С. Робототехникалық құрылғылар кешенiн ақпараттық-метрологиялық қамтамасыз ету

25

Қаптагай Г., Сандибаева Н., Байкадамова Л., Утебаева А. Сутегiн өндiрудегi кобальт шпинелiнiң энергетикалық сипатттамаларын жақсартудағы азоттың рөлi

30

Әбуова А.Ү., Инербаев Т.М., Әбуова Ф.Ү., Сазанбай А., Нураканов А. Төмен өлшемдi допирленген термоэлектрикте зарядтау динамикасы

36

Ногай А.А., Стефанович С.Ю., Салиходжа Ж.М., Ногай А.С. Қатты ерiтiндiлерiндегi иондық өткiзгiштiк және фазалық ауысулар Na3Sc_2(1−x)Yb2x(PO4)3

44

Ногай А.С., Ускенбаев Д.Е. Платинасыз катализаторлары бар Nafion мембраналарында поляризациялық және өткiзгiш қасиеттерi

51

Бимуханов А.Н., Алдонгаров А.А.Si(bzimpy)2 бейтарап гексакоординация кешенiнiң дұрыс геометриялық параметрлерiн болжау үшiн функционалдық үйлесiмдiлiк пен тығыздықтың функционалды теориясының негiз жиынтықтарын сынау

59

Базарбек А.Б., Сагатов Н.Е., Инербаев Т.М., Акилбеков А.Т. Жоғары қысымда никель фосфидтерiнiң тұрақтылығын алғашқы принциптi есептеу

67

Карипбаев Ж.Т., Мусаханов Д.А., Лисицын В.М., Алпысова Г.К., Кукенова А., Усеинов А.Б., Абдрахметова А.А., Байжуманов М.Ж.Радиация өрiсiнде синтезделген YAG:Ce негiзiндегi люминофорлардың импульстiк фотолюминесценциясы

74

5

(6)

BULLETIN OF L.N. GUMILYOV EURASIAN NATIONAL UNIVERSITY. PHYSICS.

ASTRONOMY SERIES

№3(132)/2020

CONTENTS

Zhassybayeva M.B., Yesmakhanova K.R. Darboux transformation and exact one-soliton solution of the Fokas-Lenells equation

8

Gorlachev I., Gluchshenko N., Ivanov I., Kireev A., Kurakhmedov A., Platov A., Sambayev Ye., Zdorovets M.V. The limits of the PIXE method for excitation of target atoms by heavy ions

14

Yergaliyev D.S., Abdirashev O.K., Zhumabaeva A.S.Information and metrological support for the complex of robotic devices

25

Kaptagay G., Sandibaeva N., Baikadamova L., Utebaeva A. Role of nitrogen for enhancement energetically characteristics in producing hydrogen

30

Abuova A.U., Inerbaev T.M., Abuova F.U., Sazanbay A., Nurakanov A. Charging dynamics in a low-dimensional doped thermoelectric

36

Nogai A.A., Stefanovich S.Yu., Salikhodja J.M., Nogai A.S.Ionic conductivity and phase transi- tions in solid solutions Na3Sc_2(1−x)Yb2x(PO4)3

44

Nogai A.S., Uskenbayev D.E. Polarizing and conductive properties in Nafion membranes with platinum-free catalysts

51

Bimukhanov A.N., Aldongarov A.A.Testing of combinations of Density Functional Theory func- tionals and basis sets for predicting correct geometrical parameters of neutral hexacoordinated Si(bzimpy)2complex

59

Bazarbek A.B., Sagatov N.E., Inerbaev T.M., Akilbekov A.T. First principle calculations of the stability of nickel phosphides at high pressures

67

Karipbaev Zh., Musahanov D., Lisitsyn V., Alpyssova G., Kukenova А., Usseinov А., Abdrah- metova А., Baizhumanov М.Pulsed photoluminescence of YAG: Ce phosphors synthesized in the radiation field

74

6

(7)

ВЕСТНИК ЕВРАЗИЙСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ Л.Н.ГУМИЛЕВА. Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ

№3(132)/2020

СОДЕРЖАНИЕ

Жасыбаева М.Б., Есмаханова К.Р.Преобразование Дарбу и точное односолитонное решение уравнения Фокаса-Ленэллса

8

Горлачев И., Глущенко Н., Иванов И., Киреев А., Курахмедов А., Платов А., Самбаев Е., Здоровец М.Пределы определения PIXE метода при возбуждении атомов мишени тяжелыми ионами

14

Ергалиев Д.С., Абдирашев О.К., Жумабаева А.С. Информационно-метрологичеcкое обеспечение комплекса робототехнических устройств

25

Каптагай Г., Сандибаева Н., Байкадамова Л., Утебаева А.Роль азота в совершенствовании энергетических характеристик шпинели кобальта для производства водорода

30

Абуова А.У., Инербаев Т.М., Абуова Ф.У., Сазанбай А., Нураканов А.Зарядовая динамика в низкоразмерном допированном термоэлектрике

36

Ногай А.А., Стефанович С.Ю., Салиходжа Ж.М., Ногай А.С. Ионная проводимость и фазовые переходы в твердых растворах Na3Sc_2(1−x)Yb2x(PO4)3

44

Ногай А.С., Ускенбаев Д.Е. Поляризационные и проводящие свойства в мембранах типа Nafion с безплатиновыми катализаторами

51

Бимуханов А.Н., Алдонгаров А.А. Тестирование комбинаций функционалов и базисных наборов теории функционала плотности для предсказания правильных геометрических параметров нейтрального гексакоординационного комплекса Si(bzimpy)₂

59

Базарбек А.Б., Сагатов Н.Е., Инербаев Т.М., Акилбеков А.Т. Первопринципные расчеты стабильности фосфидов никеля при высоких давлениях

67

Карипбаев Ж.Т., Мусаханов Д.А., Лисицын В.М., Алпысова Г.К., Кукенова А., Усеинов А.Б., Абдрахметова А.А., Байжуманов М.Ж.Импульсная фотолюминесценция синтезированных в поле радиации люминофоров на основе YAG:Ce

74

7

(8)

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетiнiң хабаршысы. Физика. Астрономия сериясы, 2020, том 132, №3, 74-80 беттер

http://bulphysast.enu.kz, E-mail: vest_phys@enu.kz

МРНТИ:29.19.04; 29.19.21

Ж.Т. Карипбаев ^1,2, Д.А. Мусаханов^1,2, В.М. Лисицын², Г.К. Алпысова¹, А. Кукенова¹, А.Б. Усеинов¹, А.А. Абдрахметова¹, М.Ж. Байжуманов¹

1Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Нур-Султан, Казахстан

2Томский политехнический университет, Томск, Россия

(E-mail: zf1@mail.ru, dos_f@mail.ru, lisitsyn@tpu.ru, gulnur-0909@mail.ru) Импульсная фотолюминесценция синтезированных в поле радиации

люминофоров на основе YAG:Ce¹

Аннотация: в настоящей работе предпринята попытка синтеза люминофора с использованием мощных потоков жесткой радиации. Для синтеза керамики YAG:Се готовилась шихта с составом, соответствующим стехиометрическому, из оксидов иттрия, алюминия. В состав шихты добавлялся оксид гадолиния в качестве модификатора и оксида церия в качестве активатора. Измерения спектров фотолюминесценции образцов люминофоров производились при помощи флуоресцентного спектрофотометра Cary Eclipse фирмы «Аджилент». Кинетические характеристики измерялись через монохроматор МДР- 204, ФЭУ «Hamamatsu h10720-20». Спектры люминесценции имеют типичный для такой керамики или люминофора вид. В результате воздействия потока радиации была синтезирована керамика со структурой YAG:Се или YAGG:Се в зависимости от введения гадолиния.

Ключевые слова: белые светодиоды, иттрий-алюминиевый гранат, люминофор, керамика, синтез в поле радиации.

DOI: https://doi.org/10.32523/2616-6836-2020-132-3-74-80

Поступила: 04.09.2020/Допущена к опубликованию: 21.09.2020

Введение. Люминофоры, керамика на основе YAG:Ce являются перспективными для использования в светодиодах (LED) [1], в качестве сцинтилляторов [2]. YAG:Ce люминофоры, керамика представляют собою многокомпонентные системы. Синтез их осуществляется при высоких температурах, длительное время, что не позволяет обеспечить хорошую воспроизводимость качества материалов. Поэтому продолжаются поиски и совершенствование технологий их синтеза. Кроме наиболее распространенных методов с использованием твердофазных реакций [3] разрабатываются и другие: лазерной абляции [4], золь-гель метод [5], гидротермальный [6], соосаждения [7], с использованием горения [8] и др. Наиболее распространенным является синтез с использованием твердофазных реакций. Твердофазный синтез, как и другие перечисленные, требует использования высоких температур. Одним из возможных вариантов может быть синтез керамики в поле мощных потоков радиации. Температуры плавления компонентов – от 2455^◦С в Y₂O₃ до 2075^◦С в Al₂O₃. Поэтому воспроизводимость результатов синтеза низкая: элементный состав микрокристаллов существенно отличается от заложенного в шихту, изменяется состав разных партий люминофора даже при синтезе в одинаковых условиях и одинакового исходного состава шихты. Сказывается это и на люминесцентных свойствах люминофоров. В настоящей работе приведены результаты исследований структурных и люминесцентных свойств YAG:Ce керамики, синтезированной в поле.

Образцы и методика исследования. Для синтеза готовилась шихта из смеси порошков окислов Al₂O₃, Y₂O₃, Gd₂O₃ и Ce₂O₃ марок ХЧ. Соотношение окислов в шихте соответствовало стехиометрическому. Частицы порошков имели размеры около 1 мкм и меньше. Шихта засыпалась в медный тигель слоем толщиной 6 мм. На тигель с шихтой

1Работа выполнена в рамках гранта AP08052050 Министерства образования и науки Республики Казахстан 74

(9)

Ж.Т. Карипбаев, Д.А. Мусаханов, В.М. Лисицын, Г.К. Алпысова, А. Кукенова, А.Б. Усеинов,...

направлялся поток электронов с энергией от 1,4 МэВ ускорителя ЭЛУ-6. Возможность использования такого метода впервые была продемонстрирована в работах [9-11]. Синтез в поле радиации, очевидно, должен способствовать протеканию твердофазных реакций.

В настоящей работе были синтезированы люминофоры разных составов с различным содержанием шихты: Y₂O₃ - от 22 до 36 вес%, Al₂O₃ - от 56 до 62 вес%, Ce₂O₃ - от 4.8 до 9.1 вес%, Gd₂O₃ - от 0 до 12 вес% (Таблица 1).

Таблица 1– Исходный состав синтезированных образцов YAG:Ce и YAGG:Ce керамики

Номер образца Состав

Al₂O₃ Y₂O₃ Ce₂O₃ Gd₂O₃ 1 59,5% 35,7% 4,8%

2 56,8% 34,1% 9,1%

3 59,5% 23,8% 4,8% 11,9%

4 56,8% 22,7% 4,8% 11,4%

5 56,8% 34,1% 9,1%

6 59,5% 23,8% 4,8% 11,9%

7 59,5% 35,7% 4,8%

8 56,8% 34,1% 9,1%

9 56,8% 22,7% 9,1% 11,4%

Смесь порошков стехиометрического состава насыпалась в углубления массивного медного тигля глубиной 5 мм и площадью до 40х120 мм². На тигель направлялся мощный поток электронов, выведенный из вакуума в среду с атмосферным давлением через систему дифференциальной вакуумной откачки. Пучок сканировал по поверхности тигля со скоростью 1 см/с. В сечении плотность пучка электронов имела гауссово распределение с диаметром 7 мм у поверхности шихты. Время воздействия потока электронов в каждой точке поверхности тигля составляло 1 с. После радиационного воздействия шихта быстро застывала, образуя керамический образец. После однократного облучения тигель охлаждался, образцы вынимались из тигля. Структура и элементный состав этих образцов описывались в [12]. Спектры люминесценции образцов и спектры возбуждений люминесценции измерялись с помощью флуоресцентного спектрофотометра Agilent Cary Eclipse. Кинетика фотолюминесценции регистрировалась ФЭУ Хамаматсу через монохроматор при возбуждении азотным лазером на длине волны 337 нм.

Результаты. Синтезированные образцы представляли собою керамические шарики диаметром 3-6 мм характерного желтого цвета. Образцы дробились в порошок, измерялись спектры фотолюминесценции при возбуждении излучениями лазера и чипов с γ 337 и 450 нм. Были проведены исследования наиболее существенных для люминесцирующих материалов люминесцентных свойств: спектров люминесценции и кинетики затухания люминесценции.

Установлено, что основные люминесцентные характеристики синтезированных образцов керамики в основном подобны известным образцам, полученным традиционными методами твердофазного синтеза люминофоров [13]. Спектры люминесценции при возбуждении на 337 и 450 нм не различаются (Рисунок 1). На рисунках 2 приведены результаты исследования спектров люминесценции раздробленных в порошок образцов разных составов, спектры люминесценции имеют вид монополосы при возбуждении 337 нм.

Из сопоставления результатов измерения характеристик спектров можно видеть следующее.

Имеет место большой разброс положений и полуширин полос люминесценции. В ИАГ:Се керамических образцах положения полос находятся в пределах от 546 до 563 нм, полуширина от 0,42 до 0,49 эВ. В ИАГГ:Се от 548 до 570 нм и от 0,44 до 0,48 эВ соответственно.

В целом видна такая тенденция: введение гадолиния приводит к смещению полосы в красную область. Большой разброс в характеристиках полос объясняется следующим. В сильнодефектных системах, которыми являются образцы ИАГ:Се керамики, центр свечения является элементом нанодефекта, комплексного дефекта. Нанодефект формируется в процессе синтеза. При высокой скорости синтеза керамики формирование не успевает завершиться.

ISSN 2616-6836 Bulletin of L.N. Gumilyov ENU. PHYSICS. ASTRONOMY Series, 2020, Vol. 132, №3 75

(10)

Импульсная фотолюминесценция синтезированных в поле радиации люминофоров на основе YAG:Ce

Рисунок 1 - Спектры люминесценции образцов керамики при возбуждении 337 и 450 нм

Рисунок 2 - Спектр люминесценции образцов ИАГ (а) и ИАГГ (б) керамики при возбуждении 337 нм

Поэтому небольшие различия в режимах синтеза, прежде всего при подготовке смесей, могут приводить к отклонениям структуры нанодефекта. Мы полагаем, что различие в формах полос свидетельствует о том, что структура окружения центров свечения в ИАГ:Се образцах разной предыстории различается. Это очевидно является результатом разницы в технологических режимах их синтеза. Предполагается, что наблюдаемый разброс характеристик люминесценции обусловлен различием структуры нанодефектов в синтезированных в разных условиях люминофорах. Все нанодефекты в ИАГ:Се люминофорах имеют подобный элементный состав: ионы матрицы, активатора, модификатора, собственные дефекты решетки, но различное их соотношение и взаимное распределение в нанодефекте [14]. Положение максимумов, полуширины спектров, кинетические параметры на длине волны регистрации 540 нм импульсной фотолюминесценции представлены в таблице 2.

Элементный состав изготовленных образцов ИАГ:Се, ИАГГ:Се отличаются от заложенного при изготовлении шихты. Доля ионов алюминия превышала заложенную при формировании шихты относительно доли Y, Ce, Gd. Следовательно, полученная керамика имеет нестехиометрический состав.

ISSN 2616-6836 Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы. Физика. Астрономия сериясы, 2020, Том 132, №3 Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева. Физика. Астрономия, 2020, Том 132, №3

76

(11)

Таблица 2– Исходный состав синтезированных образцов YAG:Ce и YAGG:Ce керамики

№ образца λвозб=337 nm Параметры кинетики

фотолюминесценции на λ= 540 нм

∆E, eV λ_max τ₁ A₁ τ₂, нс A₂ 1 0,494371 563 38,78 0,51 70 0,6

2 0,427453 545 62,34

3 0,477145 570 28 0,5 64,29 0,6

4 0,459989 548 21,44 0,85 60 0,37

5 0,441487 546 65

6 0,441029 554 29 0,4 62 0,69

7 0,422713 548 67,71

8 0,456703 550 70

9 0,484883 570 37,16 0,475 68,37 0,6

Рисунок 3 - Кинетика фотолюминесценции ИАГ керамик при возбуждении 337 нм

На рисунке 3 представлены результаты исследования кинетики затухания люминесценции синтезированных образцов керамики после возбуждения наносекундным импульсом измерения лазера на 337 нм. В большинстве исследованных образцов керамики имеет место по крайней мере двухстадийный характер затухания с характеристическими временами нс и длительный в микросекундном диапазоне. Для некоторых образцов характер затухания описывается одной экспонентой. Имеет место различие в соотношениях амплитуд затухания на первой стадии.

Заключение. Проведены исследования люминесцентных характеристик образцов ИАГ:Се керамики синтезированной в поле радиации. В основных чертах спектральные и кинетические характеристики люминесценции керамики подобны известным для ИАГ:Се люминофоров и керамики, полученной с использованием методом твердотельных реакции. Следовательно, радиационный способ синтеза люминесцирующей керамики принципиально отличающийся от существующего, может рассматриваться как альтернативный. Показано, что характеристики люминесценции синтезированных образцов имеют большой разброс. Объясняется это в рамках представлений о том, что центр свечения — ион церия, который является элементом нанодефектов, формирующихся в процессе синтеза.При синтезе образцов поле радиации, который реализуется в течение 1 с, формирование нанодефектов не завершается. Необходим последующий отжиг образцов для завершения их формирования.

Список литературы

1 Michalik D., Sopicka-Lizer M., Plewa J., Pawlik T. Application of mechanochemical processing to synthesis of YAG:Ce garnet powder // Archives of metall urgy and materias – 2011. - № 56. - P. 1257-1264.

2 Osipov V.V., Ishchenko A.V., Shitov V.A., Maksimov R.N., Lukyashin K.E., Platonov V.V., Orlov A.N., Osipov S.N., Yagodin V.V., Viktorov L.V. et al. Fabrication, optical and scintillation properties of transparent YAG:Ce //

Opt. Mater. – 2017. - № 71. – Р. 98–102.

3 Husnen R. Abd, Zainuriah Hassan, Naser M. Ahmed, Forat H. Alsultany, Ahmad F. Omar, Ce-doped YAG phosphor powder synthesized via microwave combustion and its application for white LED // Opt.Eng. – 2019. - Т. 58. - №2.

- P. 027110.

(12)

4 Choe J.Y. Luminescence and compositional analysis of Y3Al5O12:Ce films fabricated by pulsed-laser deposition //

J. Mat. Res. Innovat. – 2002. – № 6. – P. 238-241.

5 Murai S., Fujita K., Iwata K., Tanaka K. Scattering-based hole burning in Y3Al5O12:Ce3+ monoliths with hierar- chical porous structures prepared via the sol-gel route // J. Phys. Chem: C. – 2011. – № 36. – P. 17676–17681.

6 Hakuta Y., Haganuma T., Sue K., Adschiri T., Arai K. Continuous production of phosphor YAG:Tb nanoparticles by hydrothermal synthesis in supercritical water // Materials Research Bulletin. – 2003. – № 38. – P. 1257-1265.

7 Mech A., M. Karbowiak, L. Kepinski, A. Bednarkiewicz, W. Strek Structural and luminescent properties of nano- sized NaGdF4: Eu3+ synthesised by wet-chemistry route // Journal of Alloys and Compounds. – 2004. – № 380.

– P.315–320.

8 Huczko A. Fast combustion synthesis and characterization of YAG:Ce3+ garnet nanopowders // Phys. Status Solidi B. – 2013. – V. 250. - № 12. – P. 2702–2708.

9 Лисицын В.М., Голковский М.Г., Лисицына Л.А., Даулетбекова А.К., Мусаханов Д.А., Ваганов В.А., Тулегенова А.Т., Карипбаев Ж.Т. Люминесцирующая керамика на основе MgF2 // Известия высших учебных заведений. Серия Физика. - 2018. - T. 10. - № 61. - С.144-148.

10 Lisitsyn V., Lisitsyna L., Dauletbekova A., Golkovskii M., Karipbayev Zh., Musakhanov D., Akilbekov A., Zdorovets M., Kozlovskiy A., Polisadova E. Luminescence of the tungsten-activated MgF2 ceramics synthesized under the electron beam // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2018. - № 435. – P.63-267.

11 Lisitsyn V. M., Golkovskii M. G., Lisitsyna L. A., Dauletbekova A. K., Musakhanov D.A., Vaganov V. A., Tulegen- ova А.T., Karipbayev Zh.T. MgF2-Based Luminescing Ceramics // Russian Physics Journal. - 2019. - T.61. - № 10. – Р. 1908–1913.

12 Lisitsyn V.M., Golkovsky M.G., Musakhanov D.A., Tulegenova A.T., Abdullin K.A., Aitzhanov M.B. YAG based phosphors, synthesized in a field of radiation // Journal of Physics: Conference Series. 2018. - T.1115. - № 5. – Р.

052007.

13 Mussakhanov D.A., Tulegenova A.T., Lisitsyn V.M., Golkovsky M.G., Lisitsyna L.A., Abdullin Kh.A., Aitzhanov M.B., Karipbayev Zh., Kozlovsky A. and Michailov Yu. I. Michailov Structural and luminescent characteristics of YAG phosphors synthesized in the radiation field //IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2019.

- № 510. – Р. 012031.

14 Alpyssova G., Mussakhanov D., Karipbayev Zh., Grechkina T., Shiming Zheng, Kukenova A Luminescence spectra of YAG:Ce phosphors synthesized in a field of radiation // HTRA-2019 IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. -2020. - № 754. – Р. 012014.

Ж.Т. Карипбаев^1,2, Д.А. Мусаханов^1,2, В.М. Лисицын², Г.К. Алпысова¹, А. Кукенова¹, А.Б. Усеинов¹, А.А. Абдрахметова¹, М.Ж. Байжуманов¹

1Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi, Нұр-Сұлтан, Қазақстан

2Томск политехникалық университетi, Томск, Ресей

Радиация өрiсiнде синтезделген YAG:Ce негiзiндегi люминофорлардың импульстiк фотолюминесценциясы

Аннотация.Бұл жұмыста қатты радиацияның күштi ағындарын пайдаланып, люминафорды синтездеуге негiзделiп отыр. YAG:Ce керамикасын синтездеу үшiн итрий мен алюминий оксидтерiнiң стехиометриясына сәйкес келетiн құраммен арнайы шихта әзiрлендi. Қоспаға модификатор ретiнде гадолиний оксидi және активатор ретiнде церий оксидi қосылды. Люминофор үлгiлерiнiң фотолюминесценция спектрлерiн өлшеу Cary Eclipse флуоресценттiк спектрофотометрi

«Agilent» көмегiмен жүргiзiлдi. Кинетикалық сипаттамалар МДР-204 монохроматоры, «Hamamatsu h10720-20» ФЭК арқылы өлшендi. Люминесценция спектрлерi керамикаға немесе люминафорға тән. Радиациялық ағынның әсерiнен гадолинийдiң енуiне байланысты YAG:Ce немесе YAGG:Ce құрылымындағы керамика синтезделдi.

Түйiн сөздер:ақ жарық диодтары, иттрий-алюминий гранат, люминофор, керамика, радиация өрiсiндегi синтез.

Zh. Karipbaev^1,2, D. Musahanov^1,2, V. Lisitsyn², G. Alpyssova¹, А. Kukenova¹, А. Usseinov¹, А. Abdrahmetova¹, М. Baizhumanov¹

1L.N. Gumilyov Eurasian National University, Nur-Sultan, Kazakhstan

2Tomsk Politechnic University, Tomsk, Russia

Pulsed photoluminescence of YAG: Ce phosphors synthesized in the radiation field

Abstract. In this work, an attempt is made to synthesize a phosphor using powerful fluxes of hard radiation. For the synthesis of ceramics YAG: Ce, a charge was prepared with a composition corresponding to the stoichiometric composition of yttrium and aluminum oxides. Gadolinium oxide as a modifier and cerium oxide as an activator were added to the mixture.

Measurements of the photoluminescence spectra of the luminophore samples were performed using a Cary Eclipse fluorescence spectrophotometer (Agilent). The kinetic characteristics were measured through an MDR-204 monochromator, a Hamamatsu h10720-20 photomultiplier. The luminescence spectra are typical for such ceramics or phosphors. As a result of exposure to the radiation flux, ceramics with the YAG: Ce or YAGG: Ce structure were synthesized, depending on the introduction of gadolinium.

Keywords: white LEDs, yttrium-aluminum garnet, phosphor, ceramics, synthesis in the radiation field.

78

(13)

References

1 Michalik D., Sopicka-Lizer M., Plewa J., Pawlik T.Application of mechanochemical processing to synthesis of YAG:Ce garnet powder, Archives of metall urgy and materias, 56, 1257-1264 (2011).

2 Osipov V.V., Ishchenko, A.V., Shitov, V.A., Maksimov R.N., Lukyashin, K.E., Platonov, V.V., Orlov A.N., Osipov S.N., Yagodin, V.V., Viktorov L.V., et al. Fabrication, optical and scintillation properties of transparent YAG:Ce, Opt. Mater., 71, 98–102 (2017).

3 Husnen R. Abd, Zainuriah Hassan, Naser M. Ahmed, Forat H. Alsultany, Ahmad F. Omar, Ce-doped YAG phosphor powder synthesized via microwave combustion and its application for white LED, Opt.Eng., 58(2), 027110 (2019).

4 Choe J.Y. Luminescence and compositional analysis of Y3Al5O12:Ce films fabricated by pulsed-laser deposition, J.

Mat. Res. Innovat., 6, 238-241 (2002).

5 Murai S., Fujita K., Iwata K., Tanaka K. Scattering-based hole burning in Y3Al5O12:Ce3+ monoliths with hierar- chical porous structures prepared via the sol-gel route,J. Phys. Chem: C., 36, 17676–17681 (2011).

6 Hakuta Y., Haganuma T., Sue K., Adschiri T., Arai K. Continuous production of phosphor YAG:Tb nanoparticles by hydrothermal synthesis in supercritical water, Materials Research Bulletin, 38, 1257-1265 (2003).

7 Mech A., M. Karbowiak, L. Kepinski, A. Bednarkiewicz, W. Strek Structural and luminescent properties of nano- sized NaGdF4: Eu3+ synthesised by wet-chemistry route, Journal of Alloys and Compounds, 380, 315–320 (2004).

8 Huczko A. Fast combustion synthesis and characterization of YAG:Ce3+ garnet nanopowders , Phys. Status Solidi B., 250(12), 2702–2708 (2013).

9 Lisitsyn V.M., Golkovsky M.G., Lisitsyna L.A., Dauletbekova A.K., Musakhanov D.A., Vaganov V.A., Tulegenova A.T., Karipbaev Zh.T. Lyuminesciruyushchaya keramika na osnove MgF2, Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij, Seriya Fizika [Luminescent ceramics based on MgF2, Bulletin of higher educational institutions. Physics Series], 10 (61), 144-148 (2018).

10 Lisitsyn V., Lisitsyna L., Dauletbekova A., Golkovskii M., Karipbayev Zh., Musakhanov D., Akilbekov A., Zdorovets M., Kozlovskiy A., Polisadova E. Luminescence of the tungsten-activated MgF2 ceramics synthesized under the electron beam, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 435, 263-267 (2018).

11 Lisitsyn V.M., Golkovskii M.G., Lisitsyna L.A., Dauletbekova A.K., Musakhanov D.A., Vaganov V.A., Tulegenova А.T., Karipbayev Zh.T. MgF2-Based Luminescing Ceramics, Russian Physics Journal, 61 (10), 1908–1913 (2019).

12 Lisitsyn V.M., Golkovsky M.G., Musakhanov D.A., Tulegenova A.T., Abdullin K.A., Aitzhanov M.B. YAG based phosphors, synthesized in a field of radiation, Journal of Physics: Conference Series, 1115 (5), 052007 (2018).

13 Mussakhanov D.A., Tulegenova A.T., Lisitsyn V.M., Golkovsky M.G., Lisitsyna L.A., Abdullin Kh.A., Aitzhanov M.B., Karipbayev Zh., Kozlovsky A. and Michailov Yu. I. Michailov Structural and luminescent characteristics of YAG phosphors synthesized in the radiation field, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 510, 012031 (2019).

14 Alpyssova G., Mussakhanov D., Karipbayev Zh., Grechkina T., Shiming Zheng, Kukenova A. Luminescence spectra of YAG:Ce phosphors synthesized in a field of radiation, HTRA-2019 IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 754, 012014 (2020).

Сведения об авторах:

Карипбаев Ж.Т.-основной автор, PhD, и.о. доцента кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.

Мусаханов Д.А.- старший преподаватель кафедры радиотехники, электроники и телекоммуникации, аспирант 3 курса, Томский политехнический университет, Томск, Россия.

Лисицын В.М.- доктор физико-математических наук, профессор, Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, Томск, Россия.

Алпысова Г.К. - докторант кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.

Кукенова А. - магистрант кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.

Усеинов А.Б. – PhD, и.о. доцента международной кафедры ядерной физики, новых материалов и технологии, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.

Абрахметова А.А. - доктор PhD кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.

Байжуманов М.Ж. - доктор PhD кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.

Karipbayev Zh. -main author, PhD of the International Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str., 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.

Mussakhanov D.- Senior lecturer of the Department of radio engineering, electronics and telecommunications, graduate student, Tomsk Politechnic University, Tomsk, Russia.

Lisitsyn V.- Doctor of physical and mathematical sciences, professor, Tomsk Politechnical University, Lenin Ave., 30, Tomsk.

Russia.

Alpyssova G.- PhD student of the Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str., 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.

(14)

Kukenova A.- Master student of the Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhy- mukan str., 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.

Usseinov A.– PhD of the International Department of nuclear physics, new materials and technology, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str., 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.

Abdrahmetova A.- PhD of the International Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str., 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.

Baizhumanov M.- PhD of the International Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str., 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.

80