Автореферат (1149505), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Установлено, что для образцов YVO4:Eu3+оптимальная концентрация легирования зависит механизма возбуждениялюминесценции. Предложено объяснение данного факта.[III] Проведен расчет спектроскопических параметров ионов Eu3+ в матрицахYAG, YVO4, Y2O3 с помощью теории 4f–4f переходов.[IV] Разработана методика вычисления коэффициента асимметрии для образцовс несколькими положениями люминесцирующих центров (нанопорошкиY2O3:Eu3+).[V] Продемонстрирована возможность детектирования сигнала люминесценциинанокристаллических частиц YAG:Eu3+ в сложной биологической жидкости –крови, а также возможность одновременной независимой регистрациилюминесценции нанокристаллических порошков YAG:Eu3+ и YAG:Nd3+.Научная и практическая ценность. Выполненные исследования структурныхи люминесцентных свойств нанокристаллических порошков различногосостава, легированных ионами европия, позволили определить оптимальныеусловия синтеза и концентрации легирования для оксидных матриц составаYAG, YVO4, Y2O3.
Продемонстрирована возможность применениянанокристаллических порошков, легированных ионами Eu3+, в качествепрекурсоров для создания биологических и медицинских меток, которые могутиспользоваться для проведения диагностики in vivo и in vitro.Положения, выносимые на защиту:[I] Защищаются результаты исследования структурных и люминесцентныхсвойств серий оксидных нанокристаллических порошков различного состава(YAG, YVO4, Y2O3), легированных ионами европия.[II] Оптимальные концентрации легирования для различных матриц основы изначения времен жизни метастабильного уровня европия 5D0, установленныеметодами стационарной люминесценции и люминесценции с временнымразрешением.
Оптимальными концентрациями легирования являются: 16 ат.%(YAG), 6 ат.% и 20 ат.% (YVO4), 12 ат.% (Y2O3).[III] Рассчитаны спектроскопические параметры для ионов Eu3+ в различныхоксидных матрицах при помощи теории 4f–4f переходов. Причиной увеличениявероятности безызлучательных процессов с ростом концентрации являетсяувеличение эффективности пространственной миграции энергии.[IV] Оригинальная методика вычисления коэффициента асимметрии в случаеразных положений РЗИ в кристаллической решетке, определяющихлюминесцентные свойства.[V] Нанокристаллы YAG:Eu3+ 16 ат.% могут использоваться в биологическихсредах в качестве люминесцентных меток.6Достоверность результатов и выводов работы обеспечивается использованиемсовременного оборудования и методик анализа и воспроизводимостьюполученных данных.Апробация работы:Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научныхконференциях:International student conference «Science and Progress», St.
Petersburg, Russia,2014; 1-st interdisciplinary conference «Modern Solutions for Study of Natural,Synthesis and Biological Materials», St. Petersburg, Russia, 2014; 17th InternationalConference on Luminescence, Wroclaw, Poland, 2014; XI Международнаяконференция «Прикладная оптика-2014», Санкт-Петербург, Россия, 2014;Международнаянаучно-техническаяконференция«Нанотехнологиифункциональных материалов», Санкт-Петербург, Россия, 2014; Международнаяконференция«Приоритетныенаправлениянаучныхисследованийнанообъектов искусственного и природного происхождения» STRANN, St.Petersburg, Russia, 2014; 9th Laser Ceramics Symposium, Daejeon, Korea, 2013;International student conference «Science and Progress» St.
Petersburg, Russia,2013; ICONO/LAT 2013 Moscow, Russia; Международная научно-практическаяконференция «Роль лауреатов Нобелевских премий в развитии мировойцивилизации и научно-технического прогресса», Санкт-Петербург, Россия,2013; VII Всероссийская конференция молодых учѐных, аспирантов истудентов с международным участием по химии и наноматериалам«Менделеев-2013», Санкт-Петербург, Россия, 2013; II конференция молодыхученых и специалистов «Будущее оптики-2013», Санкт-Петербург, Россия,2013; International student conference «Science and Progress», St. Petersburg,Russia, 2012; Молодежная конференция по физике и астрономии (ФизикА.Спб),Санкт-Петербург, Россия, 2012; 15th International Conference «Laser Optics2012», St.
Petersburg, Russia, 2012; I конференция молодых ученых испециалистов «Будущее оптики-2012», Санкт-Петербург, Россия, 2012.Публикации и личный вклад автора:По теме диссертации опубликованы 9 статей в журналах ВАК и 16 тезисовдокладов. Личный вклад автора заключается в том, что диссертант принималнепосредственное участие в постановке и решении задач, проведенииэкспериментальных исследований, обработке и обсуждении полученныхрезультатов. Подавляющее большинство представленных в диссертацииэкспериментальных результатов и результатов теоретических расчетовполучены автором лично.Объем и структура работы:Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов ивыводов и списка литературы из 156 наименований.
Общий объем диссертации134 страниц машинописного текста, включая 87 рисунков и 10 таблиц.7СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы ее цели и задачи, показана научная новизна и практическаяценность полученных результатов, приводятся положения, выносимые назащиту.В первой главе диссертации подробно разобраны процессы,происходящие в люминесцентных центрах, а также структурные свойстваразличных оксидных матриц. В обзоре литературы исследованы иструктурированы факторы, влияющие на люминесцентные свойствананокристаллических порошков, легированных ионами редкоземельныхметаллов.
Разобраны основные методики расчета спектроскопическихпараметров, применяемые в настоящее время. Имеющиеся в литературеэкспериментальныеданныеполюминесцентнымсвойствамнанокристаллических ванадата иттрия, алюмоиттриевого граната и оксидаиттрия свидетельствуют о наличии специфического влияния свойствнаночастиц на интенсивность люминесценции.Вторая глава посвящена краткому описанию методов синтеза оксидныхнанокристаллических порошков, легированных ионами европия, а такжеметодам исследования структуры, морфологии и люминесцентных свойствполученных образцов.Исследуемые образцы нанокристаллических порошков, легированныхионами европия, синтезировались с помощью различных модификацийстандартного метода Печини. Использование данных модификаций позволялополучить слабоагломерированные частицы.
Синтез образцов проводилсячленами научной группы под руководством доктора химических наукМихайлова М.Д. в Санкт-Петербургском политехническом университете ПетраВеликого.Структурные свойства оксидных нанокристаллических порошковисследовались с помощью рентгенофазового анализа (Rigaku Ultima IV),сканирующей электронной микроскопии (SUPRA 40VP WDS) и спектроскопиикомбинационного рассеяния света (Bruker Senterra). Стационарнаялюминесценция и люминесценция с временным разрешением синтезированныхобразцов изучались методами люминесцентной спектроскопии (Horiba JobinYvon Fluorolog-3). Экспериментальные исследования проводились на базеНаучного парка СПбГУ в ресурсных центрах «Оптические и лазерные методыисследования вещества» и «Рентгенодифракционные методы исследования».В третьей главе представлены результаты экспериментальногоисследования структурных и люминесцентных свойств концентрационныхсерий оксидных нанокристаллических порошков, легированных ионамиевропия.Известно, что на люминесцентные свойства частиц, легированныхионами редкоземельных металлов, влияет большое количество различныхфакторов.
Несмотря на то, что люминесценция в основном определяетсяприродой редкоземельного иона, матрица, в которую внедрен данный ион,8посредством своего кристаллического поля влияет на положения максимумовлюминесцентных линий. Интенсивность люминесценции зависит от метода итемпературного режима синтеза, состава матрицы основы, размера и формынаночастиц, а также от концентрации редкоземельного иона.Спектр люминесценции нанокристаллического порошка YVO4:Eu3+ 6aт.% представлен на рисунке 1а.
Люминесценция образца возбуждаласьизлучением с длиной волны λex=300 нм. Спектр состоит из характеристическихузких линий эмиссии иона Eu3+, соответствующих переходам электроноввнутри 4f-оболочки. Из-за отсутствия инверсии относительно ионов Eu3+(точечная группа симметрии D2d) вынужденный электрический переход 5D0–7F2является более интенсивным, чем магнитный дипольный переход 5D0–7F1.Каждый переход расщеплен на две штарковские линии: 5D0–7F2 (614.6 и 618.3нм), 5D0–7F1 (592.8 и 594 нм).
Также в спектре люминесценции наблюдаютсяследующие линии: 5D0–7F3 (647.8 и 651.5 нм), 5D0–7F4 (697.7 и 703.7 нм), 5D1–7F1(538 нм) и 5D2–7F6 (608.7 нм). Низкоинтенсивная линия с центром на 586.2 нмотносится к переходу 5D1–7F3.а)б)Рисунок 1 – а) Спектр люминесценции нанокристаллического порошкаYVO4:Eu3+ 6 aт.% (λex = 300 нм), б) спектр возбуждения люминесценциинанокристаллического порошка YVO4:Eu3+ 6 aт.% (λem = 618.3 нм)Спектр возбуждения люминесценции нанопорошка YVO4:Eu3+ 6 aт.% длявынужденного электрического перехода 5D0–7F2 с максимумом λem = 618.3 нмпоказан на рисунке 1б. Спектр состоит из широкой полосы и несколько узкихлиний в более длинноволновой области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
