Katkılı MNb2O6 (M= Co, Cd, Ni) kolombit bileşiklerinin ergimiş tuz yöntemi ile sentezi ve karakterizasyonu
Molten salt synthesis and characterization of doped MNb2O6 (M= Co, Cd, Ni) columbite compounds
Yazar: METE KAAN EKMEKÇİ
Danışman: PROF. DR. AYHAN MERGEN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Lüminesans = Luminescence

Özet:
MNb2O6 (M=Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn gibi) genel formülüne sahip kolombit yapılı niobatlar ilginç optik, dielektrik ve mikrodalga dielektrik özelliklerinden dolayı özellikle son yıllarda yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Genel olarak metal niobatlar (LiNbO3, KNbO3, LaNbO4, GdNbO4 gibi) ilginç fotoaktif ana malzemeler olarak bilinmesine rağmen, kolombit metal niobatların lüminesans özellikleriyle ilgili az sayıda çalışma mevcuttur. Bu çalışmada, nadir toprak element katkılı MNb2O6 (M= Co2+, Ni2+, Cd2+) kolombit yapılı bileşikler, metal nitratlar ve niobyum oksit başlangıç kimyasalları ve farklı tuz sistemleri (NaCl-KCl, Li2SO4-Na2SO4 ve KF-KCl) kullanılarak ayrı tuz/tuz ve tuz/oksit mol oranlarında ergimiş tuz yöntemi ile farklı sıcaklıklarda sentezlenmiştir. X-ışınları kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskop (SEM) incelemeleri tek fazlı CdNb2O6 ve NiNb2O6 bileşiklerinin Li2SO4-Na2SO4; CoNb2O6, bileşiğinin ise NaCl-KCl ve Li2SO4-Na2SO4 tuz sistemleri kullanılarak elde edildiğini göstermiştir. Katkısız bileşiklerin üretiminde belirlenen optimum parametreler kullanılarak %0.5, 3 ve 6 mol Eu+3, Dy+3 ve Nd+3 katkılı MNb2O6 (M= Co+2, Ni+2, Cd+2) kolombit niobatlar üretilmiş ve XRD ve SEM kullanılarak karakterize edilmiştir. Kolombit bileşiklerinin lüminesans özellikleri katkı türü ve oranına bağlı olarak düşük (200-800 nm) ve yüksek (1020-1120 nm) dalga boylarında incelenmiştir. CdNb2O6 bileşiğinin emisyon şiddeti nadir toprak elementi tarafından absorblanan uyarılma enerjisinin NbO6 gruplarına transfer edilmesinden dolayı nadir toprak element katkı oranının artması ile arttığı belirlenmiştir. Dy+3:CdNb2O6 bileşiğine farklı oranlarda bor ilavesi lüminesans şiddetinde artışa neden olmaktadır. 1020-1120 nm arasında yapılan lazer uyarmalı spektroskopik analiz sonuçlarına göre Ni ve Co niobata Nd katkı oranı arttıkça bileşiğin lüminesans şiddeti artmakta, CdNb2O6 bileşiğinde ise %3 mol Nd katkı oranından sonra konsantrasyon sönümlemesi gözlenmektedir

Abstract:
Columbite-type niobates with MNb2O6 (M=Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn etc.) general formula having interesting optical, dielectric and microwave dielectric properties have been intensively studied recently. Although metal niobates (LiNbO3, KNbO3, LaNbO4, GdNbO4 etc.) are known as photo active materials, there is no enough study on the luminescent properties of columbite metal niobates. In the present study, rare earth doped MNb2O6 (M= Co2+, Ni2+, Cd2+) compounds with columbite structure, were synthesized using starting materials of metal nitrates and niobium oxide and different salt systems such as NaCl-KCl, Li2SO4-Na2SO4 ve KF-KCl at various salt/salt and salt/oxide molar ratios and at different heat treatment temperatures. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) investigations indicated that while single phase CdNb2O6 ve NiNb2O6 compounds were produced using Li2SO4-Na2SO4 salt systems, CoNb2O6 was produced by using both NaCl-KCl ve Li2SO4-Na2SO4 salt systems, 0.5, 3 and 6% mol Eu+3, Dy+3 and Nd+3 doped MNb2O6 (M= Co+2, Ni+2, Cd+2) columbite niobates were produced by using the optimum parameters which were determined from the synthesis of undoped compounds and characterised by XRD and SEM. The luminescence properties of columbite compounds were investigated at low (200-800 nm) and high (1020-1120 nm) wavelenghts depending on dopant type and ratio. Various amount of boron addition into Dy+3:CdNb2O6 compound increased the luminescence intensity. The emission intensity of CdNb2O6 compound increased with increasing rare earth dopant concentration due to transfer of excitation energy absorbed by rare earth dopants to the NbO6 groups. Laser induced spectroscopic analysis performed between 1020-1120 nm showed that, luminescence intensity of Ni and Co niobate increased by increasing the Nd dopant ratio but, concentration quenching was observed for CdNb2O6 above 3% mol dopant concentration.