Peculiarities of preparation of nanostructured Cerium-doped Lutetium-aluminium garnet powders prepared by sol-gel combustion method

Abstract

The aim of the work is to study a new method of thermochemical synthesis of luminescent powder of lutetium-aluminium garnet activated by cerium ions (Lu3Al5O12:Се3+) using nitric acid salts of lutetium, aluminium and cerium, and a mixture of acetic acid and polyvinyl alcohol as a propellant. The synthesis process was carried out in a muffle furnace at an initial temperature of 350 ºC under conditions of limited presence of atmospheric air. The average size of the coherent scattering region for Lu3Al5O12:Се3+ obtained from the combustion reaction is 60 nm. It was found that during the preparation of nanostructured powder in the reaction vessel the temperature sufficient for the synthesis of Lu3Al5O12 develops, and the reducing environment arising from the combustion of the organic mixture favours the formation of cerium ions in the tricharged state. The emission spectrum of the obtained LuAG:Ce3+ luminophore powders shows a broad band due to the energy transitions of the Ce3+ ion in the garnet structure, between 500 and 650 nm under excitation with a wavelength of 450 nm, which corresponds to the green emission colour.

Цель работы – изучение нового способа термохимического синтеза люминесцирующего порошка лютеций-алюминиевого граната, активированного ионами церия (Lu3Al5O12:Се3+) с использованием азотнокислых солей лютеция, алюминия и церия, а в качестве горючего – смеси уксусной кислоты и поливинилового спирта. Процесс синтеза осуществляли в муфельной печи при начальной температуре поджига 350 ºС в условиях ограниченного присутствия атмосферного воздуха. Средний размер области когерентного рассеяния частиц Lu3Al5O12:Се3+, полученного в результате реакции горения, составляет 60 нм. Установлено, что при получении наноструктурированного порошка в реакционном сосуде развивается температура, достаточная для синтеза Lu3Al5O12, а восстановительная среда, возникающая при горении органической смеси, способствует формированию ионов Се в трехзарядном состоянии. Спектр излучения полученных порошков люминофора LuAG:Ce3+ демонстрирует широкую полосу, обусловленную энергетическими переходами иона Се3+ в структуре граната, между 500 и 650 нм при возбуждении длиной волны 450 нм, что соответствует зеленому цвету излучения.

Ishning maqsadi seriy ionlari (Lu3Al5O12:Ce3+) bilan faollashtirilgan lyutetsiy-alyuminiy granatining lyuminestsent kukunini lyu- tetsiy, alyuminiy va seriyning nitrat tuzlari hamda yoqilgʻi sifatida sirka kislotasi va polivinil spirti aralashmasidan foydalangan holda termokimyoviy sintez qilishning yangi usulini oʻrganishdan iborat. Sintez jarayoni atmosfera havosi cheklangan sharoitda 350 ºC bosh- lang'ich olov haroratida muffeL pechida amalga oshirildi. Yonish reaksiyasi natijasida olingan Lu3Al5O12:Ce3+ zarralarining kogerent sochilish hududining oʻrtacha kattaligi 60 nm. Reaksiya idishida nanostrukturali kukunni ishlab chiqarish jarayonida Lu3Al5O12 sintezi uchun etarli harorat hosil bo'lishi va organik aralashmaning yonishi paytida paydo bo'ladigan qaytaruvchi muhit uch marta zaryadlangan holatda Ce ionlarining shakllanishiga yordam berishi aniqlandi. Olingan LuAG: Ce3+ luminofor kukunlarining emissiya spektri yashil emissiya rangiga mos keladigan 450 nm to'lqin uzunligi bilan qo'zg'alish ostida 500 dan 650 nm gacha bo'lgan granat strukturasidagi Ce3 + ionining energiya o'tishlari tufayli keng diapazonni ko'rsatadi.