Nadir toprak elementleri ile katkılandırılmış seramik fosforların sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of rare earth doped ceramic phosphors
Yazar: MEHMET AYVACIKLI
Danışman: PROF. DR. NURDOĞAN CAN
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Fosfor = Phosphorus ; Katıhal reaksiyonu = Solid state reaction ; Lüminesans = Luminescence ; Nadir toprak elementleri = Rare earth elements ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials

Özet:
Bu çalışmada, bölümümüzde ilk defa seramik fosfor malzemelerin başarı ile sentezlenmesi gerçekleştirilerek, lüminesans ve kristal yapı karakterizasyonları yapılmıştır. Çalışmada, katkılandırılmamış ve Er, Eu, Dy ve Sm gibi nadir toprak elementlerinin iyonları ile katkılandırılmış stronsiyum alüminat (SrAl2O4) fosforları sentezlenmiştir. Katıhal reaksiyonu tekniği kullanılarak gerçekleştirilen sentezleme ardından NTE ile katkılandırılmış seramik yapıdaki SrAl2O4 fosforunun, X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), Raman saçılması, optik soğurma, uyartım ve yayınlama (PL) spektroskopisi ve termal uyartımlı lüminesans (TSL) özellikleri araştırılmıştır. Örneklerin X-ışını kırınım desenlerinin incelenmesiyle, kristal içerisindeki baskın fazın, tipik monoklinik yapıda SrAl2O4 bileşenine ait olduğunu ve katkıların varlığının SrAl2O4 un temel kristal yapısına bir etkisinin olmadığı görülmektedir. SEM görüntülerinde Eu ve Er iyonları ile katkılandırılmış SrAl2O4 örneklerin kristal yapıları görülmüş ve literatürde başka metotlar ile sentezlenmiş örneklere göre daha büyük taneciklerden oluştuğu tespit edilmiştir. Er katkılı örnek SrAl2O4 ilk defa bu çalışmada sentezlenmiş ve Er3+ iyonuna ait soğurma pikleri başarıyla tanımlanmıştır. Eu katkılı SrAl2O4 maksimum PL şiddeti spektrumun turuncu-kırmızı bölgesine karşılık gelen 620 nm de şiddetli bir pik olarak görülmüştür. Sentezlenen örnekte bor konsantrasyonun artışının, örneğin PL şiddetini arttırdığı yine PL verileri ile tespit edilmiştir. Sentezlenen tüm örneklerin ß kaynağı ve UV ışığa maruz bırakıldıktan sonra alınan TSL ölçümlerinde, parıldama eğrisinin biçiminin ve şiddetinin her katkıya göre değiştiği gözlenmiştir. PL şiddeti Eu iyonu ile katkılandırılmış örneğe göre daha düşük olan Dy katkılı örnek, termolüminesans öçümlerinde hem ß hem de UV uyartıma karşı oldukça şiddetli bir TSL sinyali vermiştir.

Abstract:
In this study, the ceramic phosphor materials were synthesized successfully for the first time and then crystal structure and luminescence properties were analyzed. Undoped and Er, Eu, Dy and Sm doped SrAl2O4 phosphors were synthesized. After synthesizing carried out using solid state reaction technique, rare earth doped SrAl2O4 phosphors in the ceramic structure were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), Raman scattering, optical absorption, excitation and emission (PL) spectroscopy and thermally stimulated luminescence (TSL). It has been observed that the dominant phase in the crystal belongs to component of SrAl2O4 having typical monoclinic structure and the small amount of doped rare-earth active ions have almost no effect on the basic crystal structure of SrAl2O4 from the XRD patterns of the samples. SEM micrographs taken for Eu and Er doped SrAl2O4 show that samples are found to have crystal structures. Furthermore compared with phosphors prepared via other techniques in the literature, the grain sizes seen here are larger. In this study, Er doped SrAl2O4 sample was synthesized for the first time and absorption bands of Er ions are successfully identified. Photoluminescence emission of Eu doped SrAl2O4 exhibits a strong peak at 620 nm which corresponds orange-red region of the spectrum. In the examined samples, we have observed that photoluminescence emission intensity increase as the concentration of the boron increase. The glow peak curve induced by beta irradiation resembles the glow curve of UV irradiated material, but in detail there are considerable changes in relative peak intensity, as well as displacements of the higher temperature peaks. Photoluminescence intensity of Eu doped sample is higher than that of Dy doped sample but on contrary Dy doped sample gives a strong TSL glow curves after both beta and UV irradiations.