<div>
	Полимерно-солевой синтез и исследование структуры нанопорошков модифицированного ванадием алюмоиттриевого граната</div>

Евстропьев Сергей Константинович, Островский Вячеслав Александрович , Макаров Константин Николаевич, Булыга Дмитрий Владимирович, Волынкин Валерий Михайлович , Сандуленко Александр Витальевич, Дукельский Константин Владимирович, Полищук Григорий Сергеевич

doi:10.17586/2226-1494-2024-24-3-448-455

2024 , ТОМ 24, НОМЕР 3 ( май-июнь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-448-455

УДК 54.057

Полимерно-солевой синтез и исследование структуры нанопорошков модифицированного ванадием алюмоиттриевого граната

Евстропьев С.К., Островский В.А., Макаров К.Н., Булыга Д.В., Волынкин В.М., Сандуленко А.В., Дукельский К.В., Полищук Г.С.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Евстропьев С.К., Островский В.А., Макаров К.Н., Булыга Д.В., Волынкин В.М., Сандуленко А.В., Дукельский К.В., Полищук Г.С. Полимерно-солевой синтез и исследование структуры нанопорошков модифицированного ванадием алюмоиттриевого граната // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 3. С. 448–455. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-448-455

Аннотация

Введение. В работе низкотемпературным полимерно-солевым методом синтезированы дисперсные порошки алюмоиттриевого граната (АИГ), модифицированного ванадием (V) и проведено сопоставление их структуры с монокристаллами, выращенными традиционными высокотемпературными методами. Метод. Структура, морфология и химический состав материалов исследованы методами рентгенофазового, электронномикроскопического и энергодисперсионного анализов. На основании данных рентгенофазового анализа выполнены расчеты параметров элементарных ячеек кристаллов АИГ в полученных порошках и монокристаллах и оценка среднего размера кристаллов в порошках. Результаты исследований структуры полученных порошков сопоставлены с данными монокристаллов АИГ:V, выращенных высокотемпературными методами. Основные результаты. Показано, что дисперсные порошки, полученные во время термообработки при 1000 °С в ходе синтеза, состоят из микроскопических агрегатов нанокристаллов АИГ:V, имеющих средний размер 43 нм и кристаллическую структуру, характерную для монокристаллов АИГ. Установлено, что вхождение ионов ванадия в структуру кристаллов АИГ и замещение ими ионов Al³⁺ сопровождается деформацией элементарной ячейки. Показано, что это явление наблюдается как в монокристаллах АИГ:V, выращенных высокотемпературным методом, так и в дисперсных порошках, изготовленных низкотемпературным полимерно-солевым синтезом. Экспериментальные результаты, полученные методом инфракрасной спектроскопии, показали близость структуры нанопорошков и монокристаллов АИГ:V. Обсуждение. Синтезированные дисперсные порошки могут быть использованы для создания светопоглощающей оптической керамики или органо-неорганических композитов.

Ключевые слова: алюмоиттриевый гранат, ванадий, кристалл, элементарная ячейка, нанопорошок

Список литературы

Laguta V., Buryi M., Beitlerova A., Laguta O., Nejezchleb K., Nikl M. Vanadium in yttrium aluminum garnet: charge states and localization in the lattice // Optical Materials. 2019. V. 91. P. 228–234. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.024
Kruczek M., Talik E., Kusz J., Sakowska H., Świrkowicz M., Weglarz H. Electronic structure of Y₃Al₅O₁₂:V single crystals, comparison with sintered ceramics // Acta Physica Polonica A. 2009. V. 115. N 1. P. 209–212. https://doi.org/10.12693/aphyspola.115.209
Sulc J., Jelinkova H., Nemec M., Nejezchleb K., Skoda V. V:YAG saturable absorber for flash-lamp and diode-pumped solid state lasers // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5460. https://doi.org/10.1117/12.544822
Huang H.-T., Zhang B.-T., He J.-L., Yang J.-F., Xu J.-L., Yang X.-Q., Zuo C.-H., Zhao S. Diode-pumped passively Q-switched Nd:Gd_0.5Y_0.5VO₄ laser at 1.34μm with V³⁺:YAG as the saturable absorber // Optics Express. 2009. V. 17. N 9. P. 6946–6951. https://doi.org/10.1364/OE.17.006946
Mikhailov V.P., Kuleshov N.V., Zhavoronkov N.I., Prokohsin P.V., Yumashev K.V., Sandulenko V.A. Optical absorption and nonlinear transmission of tetrahedral V³⁺ (d²) in yttrium aluminum garnet // Optical Materials. 1993. V. 2. N 4. P. 267–272. https://doi.org/10.1016/0925-3467(93)90023-T
Huang H.-T., He J.-L., Zhang B.-T., Yang J.-F., Xu J.-L., Zuo C.-H., Tao X.-T. V³⁺:YAG as the saturable absorber for a diode-pumped quasi-three-level dual-wavelength Nd:GGG laser // Optics Express. 2010. V. 18. N 4. P. 3352–3357. https://doi.org/10.1364/OE.18.003352
Weber M.J., Riseberg L.A. Optical spectra of vanadium ions in yttrium aluminum garnet // Journal of Chemical Physics. 1971. V. 55. N 5. P. 2032–2038. https://doi.org/10.1063/1.1676370
Kim T., Lee J.-K. Template-free synthesis and characterization of spherical Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (YAG:Ce) nanoparticles // Bulletin of the Korean Chemical Society. 2014. V. 35. N 10. P. 2917–2921. https://doi.org/10.5012/bkcs.2014.35.10.2917
Sokolov I.S., Maslennikov S.Y., Evstropiev S.K., Mironov L.Y., Nikonorov N.V., Oreshkina K.V. YAG:Ce³⁺ phosphor nanopowders and thin textured coatings prepared by polymer-salt method // Optical Engineering. 2019. V. 58. N 2. P. 027103. https://doi.org/10.1117/1.oe.58.2.027103
He X., Liu X., Li R., Yang B., Yu K., Zeng M., Yu R. Effects of local structure of Ce³⁺ ions on luminescent properties of Y₃Al₅O₁₂:Ce nanoparticles // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 22238. https://doi.org/10.1038/srep22238
Муссауи А., Булыга Д.В., Игнатьев А.И., Евстропьев С.К., Никоноров Н.В. Структурные и спектральные свойства нанокристаллических порошков АИГ:Nd, АИГ:Ce и АИГ:Yb, синтезированных модифицированным методом Печини // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. № 1. С. 1–10. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2024-24-1-1-10
Veith M., Mathur S., Kareiva A., Jilavi M., Zimmer M., Huch V. Low temperature synthesis of nanocrystalline Y₃Al₅O₁₂ (YAG) and Ce-doped Y₃Al₅O₁₂ via different sol-gel methods // Journal of Materials Chemistry. 1999. V. 9. N 12. P. 3069–3079. https://doi.org/10.1039/A903664D
Bulyga D.V., Evstropiev S.K. Intermediate products of Yb:YAG laser ceramics fabrication: structural features, morphology, and luminescent properties // Research on Chemical Intermediates. 2021. V. 47. N 8. P. 3501–3514. https://doi.org/10.1007/s11164-021-04484-w
Ma B., Wang B., Zhang W., Wei N., Lu T., He J. Promotion of powder crystallinity and its influence on the properties of Nd:YAG transparent ceramics // Optical Materials. 2017. V. 64. P. 384–390. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2017.01.006
Lukowiak A., Wiglusz R.J., Maczka M., Gluchowski P., Strek W. IR and Raman spectroscopy study of YAG nanoceramics // Chemical Physics Letters. 2010. V. 494. N 4-6. P. 279–283. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.06.033
Tucureanu V., Matei A., Avram A.M. Synthesis and characterization of YAG:Ce phosphors for white LEDs // Opto-Electronics Review. 2015. V. 23. N 4. P. 239–251. https://doi.org/10.1515/oere-2015-0038
Timoshenko A.D., Doroshenko A.G., Parkhomenko S.V., Vorona I.O., Kryzhanovska O.S., Safronova N.A., Vovk O.O., Tolmachev А.V., Baumer V.N., Matolínová I., Yavetskiy R.P. Effect of the sintering temperature on microstructure and optical properties of reactive sintered YAG:Sm³⁺ ceramics // Optical Materials: X. 2022. V. 13. P. 100131. https://doi.org/10.1016/j.omx.2021.100131
Timoshenko A.D., Matvienko O.O., Doroshenko A.G., Parkhomenko S.V., Vorona I.O., Kryzhanovska O.S., Safronova N.A., Vovk O.O., Tolmachev А.V., Baumer V.N., Matolínová I., Hau S., Georghe C., Yavetskiy R.P. Highly-doped YAG:Sm³⁺ transparent ceramics: Effect of Sm³⁺ ions concentration // Ceramics International. 2023. V. 49. N 5. P. 7524–7533. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.10.257
Kostić S., Lazarević Z.Ž., Radojević M., Milutinović A., Romčević M., Romčević N.Ž., Valčić A. Study of Structural and optical properties of YAG and Nd:YAG single crystals // Materials Research Bulletin. 2015. V. 63. P. 80–87. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.11.033
Shennon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallography. 1976. V. A32. P. 751–767. https://doi.org/10.1107/s0567739476001551
Zhang L., Li Z., Zhen F., Wang L., Zhang Q., Sun R., Selim F.A., Wong C., Chen H. High sinterability nano-Y₂O₃ powders prepared via decomposition of hydroxyl-carbonate precursors for transparent ceramics // Journal of Materials Science. 2017. V. 52. N 14. P. 8556–8567. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1071-0
Gorbachenya K.N., Yasukevich A.S., Kisel V.K., Lopukhin K.V., Balashov V.V., Fedin A.V., Gerke M.N., Volkova E.A., Yapaskurt V.O., Kuzmin N.N., Ksenofontov D.A., Korost D.V., Kuleshov N.V. Synthesis and laser-related spectroscopy of Er:Y₂O₃ optical ceramics as a gain medium for in-band-pumped 1.6 µm lasers // Crystals. 2022. V. 12. N 4. P. 519. https://doi.org/10.3390/cryst12040519
Bulyga D.V., Evstropiev S.K., Sadovnichii R.V., Khodasevich M.A. Influence of isomorphic substitution of Y³⁺ ions by Gd³⁺ ions on structural and luminescent properties of Yb:YAG nanopowders // Materials Science and Engineering: B. 2022. V. 285. P. 115980. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2022.115980

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License