ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ ВЕЩЕСТВО
LUMINESCENT SUBSTANCE

Изобретение относится к материалам квантовой электроники и может быть использовано в качестве активных сред низкопороговых твердотельных лазеров инфракрасного диапазона с оптической накачкой, в устройствах информатики для отображения знаковой, графической и телевизионной информации, в качестве сцинтилляторов.
4
4
3/2
11/2
Цель изобретения - увеличение интенсивности люминесценции на длине электронного перехода F→I иона неодима.
3
3
4
8
3
3-x
x
4
8
3+
Поставленная цель достигается тем, что люминесцентное вещество состоит из нового молибдата состава LiBaCaGd(MoO) со слоистой шеелитоподобной структурой, легированного ионами Nd. Люминесцентное вещество имеет формулу LiBaCaGdNd(MoO) (0.05≤×≤0.13).
Аналогами предлагаемого люминесцентного вещества являются люминофоры на основе средних [1] и двойных [2] молибдатов, имеющих шеелитоподобную структуру.
3+
Недостатком этих люминофоров является относительно низкая интенсивность люминесценции ионов Nd за счет концентрационного тушения, а также низкий коэффициент преобразования световой энергии.
3
2
3-x
x
4
8
2
2
3
2
3
3
Наиболее близким по качественному составу люминесцентному веществу по изобретению - прототипом - является лазерное вещество на основе тройного молибдата LiBa Ln Nd (MoO), Ln-La, Gd, Y, Lu (0.06≤×≤0.15), в пересчете на оксиды состав лазерного вещества соответствует, масс.%: LiO 6.25-6.62, ВаО 8.68-9.17, LnO 6.47-10.95, NO 0.31-0.73, MoO - остальное.
3+
Недостатком этого материала является невысокая интенсивность люминесценции Nd, низкий энергосъем вследствие концентрационного тушения.
4
4
3/2
11/2
3
3-x
x
4
8
2
2
3
2
3
3
Увеличение интенсивности люминесценции на длине электронного перехода F→I иона неодима достигается тем, что люминесцентное вещество, содержащее оксиды лития, бария, гадолиния, неодима, молибдена, дополнительно содержит оксид кальция, образуя при этом вещество состава LiBaCaGdNd(MoO), (0.05≤x≤0.13), в пересчете на оксиды состав люминесцентного вещества соответствует, масс.%: LiO 2.30-2.38, ВаО 7.87-7.96, СаО 2.88-2.95, GdO 27.89-28.06, NdO 0.26-0.67, MoO - остальное.
3
3-x
x
4
8
2
2
3
2
3
3
Соотношения заявляемых составов обусловлены областью фазовой однородности молибдата LiBaCaGdNd(MoO), образующегося в системе LiO-ВаО-СаО-GdO-NdO-MoO.
3
3-x
x
4
8
3
2
3
4
8
3
3
4
8
2
0.43
45
0.15
2
0.675
0.038
0.037
0.25
4
4
8
3+
Люминесцентное вещество LiBaCaGdNd(MoO) (0.05≤x≤0.13) кристаллизуется в слоистой шеелитоподобной структуре, принадлежит к структурному типу моноклинно искаженного шеелита, пр. гр. С2/с, изоструктурно LiBaR(MoO), R-La, Gd, Y, Lu. В структуре LiBaCaGd(MoO), легированного Nd, реализуются сотоподобные слои из R восьмивершинников, к обеим сторонам слоя присоединяются Мо-тетраэдры через общие кислородные вершины. Атомы лития занимают различные кристаллографические позиции, треть атомов лития статистически располагается по позициям редкоземельного элемента с к.ч=8. Оставшиеся 2/3 атомов лития локализованы в частной позиции на оси второго порядка с октаэдрической координацией по кислороду [3]. Атомы Ва и Са имеют координацию 10 и находятся между слоями, образованными полиэдрами Mo и РЗЭ. Кристаллохимическая формула соединений записана в виде: Li(BaCa0.R)(RBaCaLi)(MoO).
2
2
3
2
3
3
3/2
11/2
3
5
12
4
4
3+
Пример 1. Шихту состава, масс.%: LiO 2.30, ВаО 7.96, СаО 2.95, GdO 28.06, NdO 0.26, MoO - остальное, гомогенизируют путем многократного перетирания в агатовой ступке со спиртом и проводят двухступенчатый отжиг при 500-550°C в течение 40-45 ч. и 700-750°C в течение 70-75 ч. Полученное люминесцентное вещество имеет интенсивность люминесценции на длине электронного перехода F→Iиона неодима в 1.5 раза выше, чем прототип, и в 1.6 раз выше, чем базовый люминофор квантовой электроники YAlO:Nd (1.5 мол.%), что показано в таблице.
2
2
3
2
3
3
3/2
1/2
3
5
12
4
4
3+
3+
Пример 2. Шихту состава, масс.%: LiO 2.38, ВаО 7.87, СаО 2.88, GdO 27.89, NdO 0.67, MoO - остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцентное вещество имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода F→I в 1.7 раза выше, чем прототип, и в 1.8 раза выше, чем базовый люминофор квантовой электроники YAlO:Nd(1.5 мол.%). Результаты измерений интенсивности люминесценции Nd приведены в таблице.
2
2
3
2
3
3
3/2
11/2
3
5
12
4
4
3+
3+
Пример 3. Шихту состава, масс.%: LiO 2.34, ВаО 7.92, СаО 2.91, GdO 27.98, NdO 0.47, MoO - остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцентное вещество имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода F→I в 1.75 раза выше, чем прототип, и в 1.85 раза выше, чем базовый люминофор квантовой электроники YAlO:Nd(1.5 мол.%). Результаты измерений интенсивности люминесценции Nd приведены в таблице.
2
4
3
4
4
Уменьшение содержания оксида лития ниже 2.30 масс.% приводит к нарушению однородности люминесцентного вещества и ухудшает его оптическое качество. Увеличение содержания оксидов гадолиния и оксидов бария, кальция выше 28.06 и 7.96, 2.95 масс.% соответственно способствует образованию второй фазы Gd(MoO) или BaMoO, CaMoO, что приводит к многофазности люминесцентного вещества и ухудшает его оптическое качество.
3+
3
3-x
x
4
8
Как следует из полученных результатов, техническим результатом изобретения является повышение интенсивности люминесценции ионов неодима. В интервале 5-13 мол.% Nd интенсивность люминесценции люминесцентного вещества состава LiBaCaGdNd(MoO) (0.05≤x≤0.13) превышает интенсивность базового люминофора квантовой электроники и прототипа. Полученное люминесцентное вещество может найти применение в качестве ИК-люминофора, а при условии получения кристаллов высокого оптического качества, устойчивых к влиянию внешних воздействий температуры и влаги, возможно применение в качестве лазерного материала.
Сравнительные характеристики заявляемых составов
Пример
Состав, масс.%
Iотн.
Li<sub>2</sub>O
ВаО
СаО
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MoO<sub>3</sub>
1
2.30
7.96
2.95
28.06
0.26
остальное
1.14* 1.40
2
2.38
7.87
2.88
27.89
0.67
-«-
1.28* 1.58
3
2.34
7.91
2.95
27.77
0.47
-«-
1.31* 1.63
Y<sub>3</sub>AL5O<sub>12</sub>:Nd<sup>3+</sup> базовый люминофор
-
-
-
-
1.5 мол.%
-
0.71
прототип
6.25-6.62
8.68-9.17
-
8.74
0.31-0.73
-«-
0.93-
Примечание: источник возбуждения - азотный лазер ЛГИ-21. Измерение интенсивности люминесценции проведено на длине волны 1.06 мк.Iотн.* соответствует интенсивности люминесцентного вещества относительно базового люминофора, вторая цифра в столбце.Iотн. соответствует интенсивности люминесцентного вещества относительно прототипа.