Автореферат (1149505)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиКолесников Илья ЕвгеньевичИсследование люминесцентных свойств оксидныхнанокристаллических порошков, легированных ионами европияСпециальность: 01.04.05 – оптикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2015РаботавыполненавСанкт-Петербургскомгосударственномуниверситете.Научный руководитель:доктор физ.-мат.

наук, профессорПулькин Сергей АлександровичОфициальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, профессорБаранов Александр Васильевичдоктор физ.-мат. наук, профессорНемов Сергей АлександровичВедущая организация:Саратовский государственный университетимени Н.Г. ЧернышевскогоЗащита диссертации состоится 8 октября 2015 г. в 13 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.45 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете поадресу 198504, г. Санкт-Петербург, Петродворец, Ульяновская, д.

1, Малыйконференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. ГорькогоСПбГУ.Автореферат разослан «» _____________ 2015 г.Ученый секретарь Совета Д 212.232.45,доктор физико-математических наукСухомлинов В.С.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыМатериалы, легированные редкоземельными ионами (РЗИ), являютсяключевыми элементами современных устройств генерации, передачи иуправления оптическими сигналами. На основе стеклообразных икристаллических матриц, легированных РЗИ, созданы эффективныетвердотельные лазеры, волоконные лазеры и усилители, визуализаторыизлучения и т.д. Разнообразие оптических эффектов, наблюдаемых в такихсредах, как то стоксова и антистоксова люминесценция, эффект фотоннойлавины, безызлучательный перенос энергии в системе «матрица – РЗИ»,изменение зарядового состояния под воздействием интенсивного лазерногоизлучения и многое другое определяют неугасающий интерес кредкоземельным ионам на протяжении уже более 50 лет.Все РЗИ имеют сходные химические свойства из-за подобного строениявнешних электронных оболочек их атомов: по мере увеличения заряда ядраструктура двух внешних электронных оболочек не меняется, посколькупроисходит заполнение электронами оболочки глубоколежащего 4f-уровня.Электроны 4f оболочки являются оптическими и не играют роли в образованиихимических связей.

Экранирование оптических электронов 4f оболочкиэлектронами внешних заполненных оболочек характерно для всех РЗИ и этимобъясняется сходство как химических, так и оптических свойств. Наличиеспектральных линий ионов лантаноидов связано с электронными переходамивнутри незаполненной 4f оболочки, которые, вообще говоря, являютсязапрещенными для свободных ионов, так как для них нарушаются правилаотбора по квантовым числам n и L. При внедрении РЗИ в кристаллическуюструктуру энергетические уровни ионов слабо смещаются, и происходитчастичное смешение состояний разной четности (4fn-1 и 5d), что приводит кпоявлению электрических дипольных переходов внутри 4f оболочки.

Вспектрах поглощения РЗИ переходы 4f→4f наблюдаются в виде отдельныхлиний и групп линий (полос). Силы осцилляторов в поглощении для этихпереходов очень малы из-за сильного экранирования, обычно порядка 10-5–10-6.С этим же связана большая длительность спонтанной люминесценции (от сотенмикросекунд до десятка миллисекунд).Одним из наиболее широко используемых РЗИ является европий. Вчистом виде европий – мягкий серебристо-белый металл, имеющий кубическуюгранецентрированную решетку и легко поддающийся механической обработкев инертной атмосфере.

Благодаря своим свойствам этот элемент широкоприменяется в ядерной энергетике – в качестве поглотителя нейтронов, влазерной технике – ионы европия служат для генерации лазерного излучения ввидимой области спектра с длиной волны 0.61 мкм, поэтому оксид европияиспользуется для создания твердотельных и менее распространѐнныхжидкостных лазеров. Также различные соединения европия активноиспользуются в качестве люминофора в плазменных дисплеях.

До европиякрасный цвет люминофора в цветном телевидении был очень слабым, поэтому3остальные цвета тоже приходилось делать приглушенными, чтобыподдерживать цветовой баланс. С началом применения соединений,легированных европием, больше не было необходимости приглушатьостальные цвета, а результатом этого была более яркая картинка. Еще одноприменение европий нашел в медицине: катионы европия используются вкачестве флуоресцентных зондов, а радиоактивные изотопы – при лечениинекоторых форм рака.В последние десятилетия ведется активное изучение свойств различныхнаноструктурных объектов.

Интерес к наноматериалам не случаен. Былозамечено, что ряд свойств известных кристаллических веществ резкоизменяются, когда размер кристаллов достигает размеров порядка нанометра.Данные изменения могут быть вызваны как квантово-размерными эффектами,так и усилением роли различных поверхностных эффектов. Размерные эффектыв твердых телах – это явление, наблюдающееся в условиях, когдагеометрические размеры объекта сравнимы с той или иной из длин,определяющих протекание физических процессов (например, длинойсвободного пробега носителя заряда, длиной волны де Бройля и т.д.).Результатом исследований низкоразмерных систем стало открытиепринципиально новых физических явлений.В настоящее время среди всех наноразмерных систем особое вниманиеуделяется наночастицам и нанокристаллическим порошкам, легированнымредкоземельными ионами.

Комбинация малых размеров кристаллическихчастиц и наличие легирующих примесей – люминесцентных центров – ионовредкоземельных элементов обеспечивает высокую эффективность истабильность люминесценции таких материалов по сравнению с органическимилюминофорами, что способствует расширению потенциальных областей ихприменения.Одним из таких перспективных современных направлений являетсясоздание нанокристаллических люминесцентных меток для визуализациимолекулярных маркеров в клетках и тканях.

Применение люминесцентныхметок в биологии и медицине перспективно с точки зрения исследования ихарактеризации очагов поражения, а использование наноразмерныхлюминесцентных меток позволяет проводить диагностику на клеточном исубклеточном уровне, вплоть до регистрации отдельных молекул маркеров.Благодаря интенсивным исследованиям РЗИ, на данный момент изученыпрактически все перспективные матрицы основы, легированные европием.Однако эти исследования проведены в основном для объемных образцов. Какуже было сказано выше, при переходе к наноразмерным образцам происходитизменение физических и химических свойств. Поэтому свойства нанометровыхоксидных матриц, в которые внедряются РЗИ, могут заметно отличаться от ихобъемных аналогов из-за размерных факторов, разупорядочивания структуры иувеличения количества поверхностных дефектов.

При уменьшении размерапроисходит искажение структуры, влияющее на локальное окружение РЗИ, итем самым изменяющее их люминесцентные свойства, такие как квантовая4эффективность, радиационное время жизни, безызлучательная релаксация, атакже механизмы передачи энергии возбуждения.Таким образом, изучение люминесцентных свойств оксидныхнанокристаллических порошков, легированных РЗИ, имеет важное значениедля их дальнейшего применения в различных областях науки и техники. Всевышесказанное обосновывает актуальность выбранной темы исследования.Целью диссертационной работы являлось исследование структурных илюминесцентных свойств оксидных нанокристаллических порошков,легированныхионамиевропия,синтезированныхспомощьюмодифицированного метода Печини и метода вспенивания. Изучение влиянияразличных характеристик наночастиц и условий синтеза на люминесцентныесвойства полученных образцов.

Определение оптимальных концентрацийлегирования ионами европия матриц YAG, YVO4, Y2O3 и времен жизниметастабильного уровня 5D0. Расчет вероятностей излучательных ибезызлучательных процессов, радиационных времен жизни уровня 5D0 иквантовых эффективностей для ионов Eu3+ в различных оксидных матрицах припомощи теории 4f–4f переходов. Сравнение симметрии локального окружениялюминесцентного иона в различных оксидах.

Изучение возможностиприменения нанокристаллических порошков, легированных ионами европия, вкачестве люминесцентных зондов.В соответствии с целью исследования были поставлены следующиезадачи:[I] Исследовать люминесцентные свойства ионов Eu3+ в оксидныхнаноструктурированных порошках различного состава.[II] Изучить влияние различных характеристик наночастиц (размера, формы,концентрации легирования) и условий синтеза на интенсивностьлюминесценции.[III] Получить и исследовать спектры люминесценции и спектры возбуждениялюминесценции наноструктурированных кристаллофосфоров различногосостава.[IV] Провести измерения люминесценции с временным разрешением иопределить времена жизни возбужденного уровня 5D0 в ионах Eu3+.[V] Рассчитать спектроскопические параметры (вероятности излучательных ибезызлучательных процессов) ионов Eu3+ в различных оксидах с помощьютеории 4f–4f переходов.[VI] Разработать методику и вычислить коэффициенты асимметрии влюминесцентных нанопорошках различного состава.[VII] Определить возможность применения наночастиц, легированных ионамиEu3+, в качестве биологических и медицинских меток.Научная новизна:[I]Проведеноисследованиелюминесцентныхсвойствразличныхнанокристаллических порошков, легированных ионами европия, в широкихдиапазонах концентраций легирования (от 1 до 53.3 ат.%).5[II] Определены оптимальные концентрации легирования для ионов европия вматрицах YAG, YVO4, Y2O3.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации