Katkılandırılmış lityum silikat camsı seramiklerin sentezi ve lüminesans özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of luminescence properties of doped lithium silicate glass ceramics
Yazar: İSRAFİL ŞABİKOĞLU
Danışman: PROF. DR. NURDOĞAN CAN
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fotolüminesans = Photoluminescence ; Katı-katı reaksiyonları = Solid-solid reactions ; Lityum = Lithium ; Silikat = Silicate ; Termolüminesans = Thermoluminescence

Özet:
Camsı seramik malzemeler, kristallenmeye uygun camların çekirdeklenme ve kristal büyütme aşamalarından oluşan kontrollü kristalizasyonu ile üretilen malzemelerdir. Bu malzemeler üretilirken kullanılan safsızlıklarına göre farklı mekanik ve fiziksel özellikler göstermektedir. Camsı seramikler, hem cam hem de kristal özelliği gösterdiğinden, yüksek teknolojide kullanılabilen özel malzemelerdir.Günümüzde birçok alanda hammadde olarak da kullanılan bor, farklı malzemeler ile bileşik oluşturarak camsı seramik malzeme yapımında kullanılabilmektedir. Bor alüminyum, lityum silisyum gibi malzemeler, farklı safsızlıklarla katkılandırıldığında, çeşitli optik özellikler sergilemektedir. Bu özellikler çeşitli lazer ve diyot yapımında, fosforlu tüplerde, TV panelleri ve yardımcı ürünleri v.b. gibi birçok optik ve elektronik alanda kullanılabilir.Lityum silikat (Li2SiO3) camsı seramikleri, yüksek sıcaklık dayanımına sahip, yüksek sertlikte ve ışık geçirgenliği sağlayan, esneyebilen ve optik özellikler gösterebilen malzemelerdir. Li2SiO3, çeşitli toprak alkaliler ile katkılandırılarak, özellikle beyaz ışık LED'lerde ve yüksek şiddetli, yeşil ve mavi lazerlerde, yeni nesil uzun ömürlü lityum iyon pillerde kullanılmaktadır. Li2SiO3 camsı seramiği, günümüzde bazı alanlarda kullanılan (beyaz LED, yüksek şiddetli lazerler, katıhal aydınlatma üniteleri vb.) ev sahibi malzemedir. Bununla beraber, silika bazlı ev sahibi malzemeler, nadir toprak elementleri ile iyi bir uyum sağlayarak, lüminesant malzeme yapımına olanak sağlamaktadır.Bu çalışmada, Li2SiO3 camsı seramiği, geleneksel katıhal sentez yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Ev sahibi ürün olarak yapılan bu malzemeye, çeşitli oranlarda Sm katkılandırılarak, optik özellikleri incelenmiştir. Bunu takiben aynı oranlarda Sm, Eu, Er ve Dy nadir toprak elementleri katkılandırılarak, PL ve TL özellikleri incelenmiştir. Sodyum silikatlardaki gibi (Na2SiO3), belli basınç ve sıcaklıktaki bir ortamda, Li2SiO3 ortorombik bir yapıya sahiptir ve uzay gurubu Cmc21 ve örgü sabitleri (a,b,c) = (9,396, 5.396, 4.661) Å şeklindedir. Birim hücresinde 24 atom bulunduran bu malzemeye yapılan katkılandırma da, lityum atomu, katkı atomu ile yer değiştirerek örgüyü bozmamakta, örgü simetrilerine herhangi bir etki etmemektedir. Farklı oranlarda Sm katkılandırılan Li2SiO3 örnekleri, birçok bölgede soğurma piki göstermiştir. Tüm soğurma pikleri, temel durum olan 6H5/2 seviyesindendir. Ayrıca bu örneklerin Si-O bağları hakkında bilgi edinmek için FTIR ölçümleri alınmıştır. SEM görüntüleri alınarak tanecik boyutu ve yapı hakkında bilgiler elde edilmiştir. PL ölçümlerinde, Dy katkılı Li2SiO3 örneği, 4F9/2 ? 6H13/2 (sarı renk) emisyonu göstermiştir. Er katkılı Li2SiO3 örneği, 4I13/2 ve 4I15/2 arasındaki karakteristik iç-4f kabuk geçişleri, 1530 ve 1540 nm civarında pikler vermiştir. Eu katkılı Li2SiO3 örneği, temel uyarma seviyesi olan 5D0 `dan 7Fj (j=0,1,2,3) seviyelerine ait çeşitli elektronik geçişler sergilemektedir. Son olarak Sm katkılı Li2SiO3 örneği de, iç-4f yörüngede 4G5/2 enerji seviyesinden 6HJ (J=5/2, 7/2, 9/2, 11/2) enerji seviyelerine ait geçişler göstermiştir. Tüm örnekler karmaşık yapıda, birbirine benzer TL mekanizmalarına sahiptir.

Abstract:
Glass-ceramic materials, nucleation and crystal growth stages of crystallization of suitable glasses are materials produced by controlled crystallization. These materials show different mechanical and physical properties depending on impurities while materials produce. They can be used in high-tech special materials as glass-ceramics and glass have both crystal and glass properties.Today, boron is used as a raw material in many areas, creating a glassy compound with different materials used to make ceramic materials. Boron, aluminium, silicon materials such as lithium, while doping different impurities, exhibits a variety of optical properties. This diode laser and the construction of a variety of features, fluorescent tubes, such as TV panels and auxiliary products, etc. can be used in many optical and electronic areas.Lithium silicate (Li2SiO3) glass ceramics, high temperature strength which provides high strength and light transmittance providing flexible materials, and optical properties that can show materials. Li2SiO3 doped with a variety of alkali-earth halides, especially white light and high intensity LEDs, green and blue lasers, are used in long-lasting lithium-ion batteries the new generation. Li2SiO3 glass ceramics used in some areas today (white LED, high intensity lasers, solid state lighting units, etc.) are host materials .However, silica-based host materials, are providing a good fit with rare earth elements which allow the construction of luminescent material.In this study, Li2SiO3 glass ceramics were synthesized using conventional solid state synthesis method. The product as the host of this material, Sm doped at various rates, optical properties were examined. Later in the same proportions Sm, Eu, Dy and Er rare earth doped territory, PL and TL properties were investigated. Such as sodium silicates (Na2SiO3),a certain pressure and temperature environment, Li2SiO3 has the orthorhombic structure and space group Cmc21 and the lattice constants (a, b, c) = (9.396, 5,396, 4,661) Å . The unit cell containing 24 atoms. Exchanging the doped material with lithium atom does not influence the symmetry or symmetry parameters anyway. Sm doped Li2SiO3 samples rates showed absorption peaks in many regions. All absorption peaks, the ground state of the 6H5 / 2 levels. In addition, FTIR measurements of these samples based on the information obtained from the Si-O bonds. SEM images of various conclusions have been reached based on particle size and structure. PL measurements, Dy doped Li2SiO3, sample have shown emission at 4F9 / 2 ? 6H13 / 2 (yellow colors). Er doped Li2SiO3, sample has shown between the characteristic intra-4f shell transitions 4I13 / 2 and 4I15 / 2 at 1530 nm and demonstrated around 1540 nm. Eu doped Li2SiO3 sample based on the level of excitation of the 5D0 to 7Fj (j = 0,1,2,3) levels exhibits the various electronic transitions. At last, Sm doped Li2SiO3 sample has shown intra -4f orbital 4G5 / 2 energy level 6HJ (J= 5 / 2, 7 / 2, 9 / 2, 11 / 2) transitions. All the examples of complex structure have a similar mechanism of TL.