Люминесцентное вещество
LUMINESCENT SUBSTANCE

Изобретение относится к материалам квантовой электроники, лазерной оптики, функциональной электроники и может быть использовано в оптических устройствах, в качестве активных сред низкопороговых твердотельных лазеров инфракрасного диапазона с оптической накачкой, в устройствах информатики и лазерной техники 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.
2
3
4
4
7
3
3-x
x
4
4
7
3+
Поставленная цель достигается тем, что люминесцентное вещество состоит из нового соединения вольфраматомолибдата состава Li3BaGd(WO)(MoO) со слоистой шеелитоподобной структурой, легированного ионами Nd Люминесцентное вещество имеет формулу LiBaGdNd(WO)(MoO)(0.02≤x≤0.07).
2-x
x
4
4.
Аналогами предлагаемого люминесцентного вещества являются люминофоры на основе средних [1] и двойных молибдатов [2], имеющих шеелитоподобную структуру (1. Каминский А.А. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. – М.: Наука. 1986. С. 5-61.) и двойных молибдатов (2. Балакирева Т.П., Брискина И.М., Вакулюк Е.А. и др. Люминесценция и стимулированное излучение монокристаллов BaGdNd(MoO) Квантовая электроника. 1981. Т. 8. №3. С. 656-660), 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 люминесцентного вещества по изобретению - прототипом - является лазерное вещество на основе тройного молибдата LiBaLnNd (MoO). Ln - La, Gd, Y, Lu, (0.06 ≤x≤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, NdO 0.31-0.73, МоO остальное (3. Кожевникова Н.М. «Люминесцентное вещество». Патент РФ на изобретение №2548086 от 18.03.2015. Бюл. №10).
3+
Недостатком этого материала является невысокая интенсивность люминесценции Nd, низкий энергосъем вследствие концентрационного тушения.
4
4
3/2
11/2
3
2
3-x
x
4
4
7
3
2
3-x
x
4
4
7
2
2
3
2
3
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 вольфрама, образуя при этом новое вещество состава LiBaGdNd(WO)(MoO) (0.02≤x≤0.07)), в пересчете на оксиды состав люминесцентного LiBaGdNd(WO)(MoO) вещества соответствует, масс. %: LiO 2.12-2.15, ВаО 14.68-14.73, GdO 24.73-24.98, NdO 0.62-1.21, WO 5.55-5.57, МоO остальное.
3
2
3-x
x
4
4
7
3
2
3
4
8
3
2
3-x
x
4
4
7
2
0.85
0.15
2
0.675
.0.075
0.25
4
4
4
7
3+
Люминесцентное вещество LiBaGdNd(WO)(MoO) (0.02≤х≤0.07) 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 LiBaGdNd(WO)(MoO), легированном Nd, реализуются сотоподобные слои из Gd - восьмивершинников, к обеим сторонам слоя присоединяются W и Мо-тетраэдры через общие кислородные вершины. Атомы лития занимают различные кристаллографические позиции, треть атомов лития статистически располагается по позициям гадолиния 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 имеют координацию 10 и находятся между слоями, образованными полиэдрами W, Mo и Gd. Кристаллохимическая формула соединений может быть записана в виде Li(Ba Gd)(GdBaLi)(WO)(MoO).
3
2
3-x
x
4
4
7
2
2
3
2
3
3
3
Соотношение заявляемых составов обусловлено областью фазовой однородности LiBaGdNd(WO)(MoO) (0.02≤х≤0.07) образующегося в системе LiO - ВаО - GdO - NdO - WO - МоO.
2
2
3
2
3
3
3
3/2
11/2
3
5
12
4
4
3+
Пример 1. Шихту состава, масс. %: LiO 2.12, ВаО 14.73, GdO 24.73, NdO 0.62, WO 5.57, МоO остальное, гомогенизируют путем многократного перетирания в агатовой ступке со спиртом и проводят двухступенчатый отжиг при 450-550°С в течение 45-50 ч и 700-750°С в течение 70-80 ч. Полученное люминесцентное вещество имеет интенсивность люминесценции на длине электронного перехода F→Iиона неодима в 1.65 раза выше, чем прототип, и в 1.75 раз выше, чем базовый объект квантовой электроники YAlO Nd (1.5 ат./%), что показано в таблице.
2
2
3
2
3
3
3
3/2
11/2
3
5
12
4
4
3+
3+
Пример 2. Шихту состава, масс. %: LiO 2.15, ВаО 14.71, GdO 24.98, NdO 0.91, WO 5.56, МоO остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцентное вещество имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода F→I в 1.78 раза выше, чем прототип, и в 1.88 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
3/2
11/2
3
5
12
4
4
3+
3+
Пример 3. Шихту состава, масс. %: LiO 2.14, ВаО 14.71, GdO 24.86, NdO 1.21, WO 5.55, MoO остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцентное вещество имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода F→I в 1.82 раза выше, чем прототип, и в 1.93 раза выше, чем базовый люминофор квантовой электроники YAlO:Nd (1.5 мол. %). Результаты измерений интенсивности люминесценции Nd приведены в таблице.
2
4
3
4
Уменьшение содержания оксида лития ниже 2.12 масс. % приводит к нарушению однородности люминесцентного вещества и ухудшает его оптическое качество. Увеличение содержания оксидов гадолиния и оксидов бария выше 24.98 и 14.73 масс. % соответственно способствует образованию второй фазы Gd(MoO) или ВаМоO, что приводит к многофазности люминесцентного вещества и ухудшает его оптическое качество.
Сравнительные характеристики заявляемых составов
3+
3
2
3-x
x
4
4
7
Как следует из полученных результатов, техническим результатом изобретения является повышение интенсивности люминесценции ионов неодима. В интервале 2-7 мол. % Nd интенсивность люминесценции люминесцентного вещества состава LiBaGdNd(WO)(MoO) (0.02≤х≤0.07) 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.