Lantan oksit, neodimyum oksit, samaryum oksit ve kobalt nitrat katkılı çinko boratlı bileşiklerin lüminesans özellikleri
Luminescence properties of lanthanum oxide, neodymium oxide, samarium oxide and cobalt nitrate doped zinc borate compounds
Yazar: DOĞUŞCAN BOŞNAK
Danışman: PROF. DR. ORHAN ZEYBEK
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Bor oksit = Boron oxide ; Fotolüminesans = Photoluminescence ; Nadir toprak elementleri = Rare earth elements ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Tez çalışmasında sentezlenen bileşik Zn3B2O6 monokliniktir. Lantan oksit, neodimyum oksit, samaryum oksit ve kobalt nitrat katkılı çinko boratlı bileşiğinin optiksel özellikleri incelenmiştir. Bu bileşiklerin kristal yapıları XRD ile açığa kavuşturulmuştur. Sentezlenen bileşik 3ZnO + B2O3  Zn3B2O6 deki B2O3 mol miktarı %10, %20 ve %30'a artırılınca fotolüminesans (FL) şiddetinde bir azalma görülmüştür. Kırmızı ışık bölgesine denk gelen ışıldama 780 nm'de gerçekleşmiştir. Molce Co(NO3)3 %25 ve B2O3 %100 ve 4Zn0 %25 miktarından molce Co(NO3)3 %12.5 ve B2O3 %100 ve 4Zn0 %12.5 miktarlarına ve sonra molce Co(NO3)3 %2.5 ve B2O3 %100 ve 4Zn0 %2.5 miktarlarına azaltılınca 380 nm deki piklerin şiddetleri artmaktadır. 640 nm'de her üç spektrum kesişmekte, molce Co(NO3)3 ve 4Zn0 miktarları ¼ miktarında azaldıkça 780 nm ve 800 nm'deki piklerin şiddetleri ve genişlikleri artmıştır. Molce %2.5'dan %12.5'a Nd2O3 miktarı artırılınca mavi, yeşil ve kırmızı emisyonların kaynağı, sığ kusur seviyelerindeki elektronların valans bandındaki foto uyarılmış deliklerle rekombinasyonuna atfedilmiştir. Ultraviyole emisyon geçişleri ve mavi, yeşil ve kırmızı emisyon bandı Nd3+ iyon geçişinden kaynaklanmıştır. Molce %2.5'dan %12.5'a La2O3 miktarı artırılınca La3+ için uyarma bantları 405 - 419 - 438 - 465 - 479 - 544 - 554 nm'de görülmüştür. La3+'ün emisyon geçişleri, uyarılmış seviyeden daha düşük seviyelere tipik 4f geçişleridir. La3+'ün 564 - 599 - 646 nm olmak üzere üç emisyon geçişi görülmüş olup 599 nm geçişi parlak turuncu-kırmızımsı bir emisyondur. Molce %2.5'dan %12.5'a Sm2O3 miktarı artırılınca Sm3+ için uyarma spektrumları sırasıyla 390 nm, 527 nm ve 561 nm'dir. En yüksek geçiş 390 nm'de bulunmuştur. Emisyon spektrumlarını elde etmek için 563, 599, 645 ve 705 nm dalgaboylarında sarı, turuncu, turuncu-kırmızı ve kırmızı emisyon geçişlerine bağlı dört emisyon geçişi tespit edilmiştir. Geçişlerin emisyon pik gücü, Sm2O3 içeriğinin %2.5'dan %12.5 mol'e yükselmesiyle artmıştır. Sm2O3 içeriğinin artmasıyla Sm3+ iyonları arasındaki ana mesafe azalır ve bu da samaryum iyonları arasında enerji transferini artırır.

Abstract:
The compound Zn3B2O6 synthesised in this thesis is monoclinic. The optical properties of zinc borate doped with lanthanum oxide, neodymium oxide, samarium oxide and cobalt nitrate were investigated. The crystal structures of these compounds have been revealed by XRD. A decrease in photoluminescence (PL) intensity was observed when the molar amount of B2O3 in the synthesised compound 3ZnO + B2O3  Zn3B2O6 was increased to 10%, 20% and 30%. The luminescence corresponding to the red light region occurred at 780 nm. The intensities of the peaks at 380 nm increased when the molar amounts of Co(NO3)3 25% and B2O3 100% and 4Zn0 25% were decreased to molar amounts of Co(NO3)3 12.5% and B2O3 100% and 4Zn0 12.5% and then to molar amounts Co(NO3)3 2.5% and B2O3 100% and 4Zn0 2.5%. At 640 nm, all three spectra intersect and the intensities and widths of the peaks at 780 nm and 800 nm increased as the molar amounts of Co(NO3)3 and 4Zn0 were decreased by ¼. When the amount of Nd2O3 was increased from 2.5% to 12.5% mol%, the origin of the blue, green and red emissions was attributed to the recombination of electrons at shallow defect levels with photoexcited holes in the valence band. The ultraviolet emission transitions and the blue, green and red emission band were due to the Nd3+ ion transition. When the amount of La2O3 was increased from 2.5 to 12.5 mol%, excitation bands for La3+ were observed at 405 - 419 - 438 - 465 - 479 - 544 - 554 nm. The emission transitions of La3+ are typical 4f transitions from the excited level to lower levels. Three emission transitions of La3+ were seen at 564 - 599 - 646 nm, with the 599 nm transition being a bright orange-reddish emission. When the amount of Sm2O3 was increased from 2.5% to 12.5% mol%, the excitation spectra for Sm3+ were 390 nm, 527 nm and 561 nm, respectively. The highest transition was found at 390 nm. In order to obtain the emission spectra, four emission transitions due to yellow, orange, orange-red and red emission transitions were detected at wavelengths of 563, 599, 645 and 705 nm. The emission peak power of the transitions increased with the increase in Sm2O3 content from 2.5 mol% to 12.5 mol%. The main distance between Sm3+ ions decreases with increasing Sm2O3 content, which increases the energy transfer between samarium ions.