CC BY
5А. й"„лодь™"чТны; новые материалы активные среды и наноструктуры
-ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
Люминесценция композитных материалов на основе CVD алмаза
Тяжелов И.А., Мартьянов А.К., Ермакова Ю.А., Пройдакова В.Ю., Александров А.А., Седов В.С.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: tiazhelov@rambler. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2023-1-112-114
В последнее десятилетие для задач материаловедения активно используются источники мощного сфокусированного рентгеновского излучения, такие как синхротроны и лазеры на свободных электронах [1]. Однако имеется ряд проблем при работе с такими рентгеновскими пучками: значительная опасность воздействия интенсивного излучения на оператора, недоступность контроля направленности, интенсивности и точной фокусировки пучка на изучаемом образце. Для решения данных проблем используются визуализаторы рентгеновского излучения.
В настоящий момент объемные кристаллические материалы, используемые в качестве рентгенолюминесцентных экранов, хоть и проявляют интенсивную люминесценцию, но имеют склонность к быстрой деградации из-за малой теплопроводности, вследствие чего возникает локальный нагрев и детектор быстро выходит из строя. Так, например, визуализатор на основе фторида лития (LiF), имея теплопроводность ~ 4 Вт/(м*К) выгорает за 30 минут работы [2].
Достойной альтернативной является визуализатор на основе синтетического алмаза с внедренными частицами, легированными редкоземельными элементами. Алмаз имеет самую высокую среди объёмных материалов теплопроводность (~ 2100 Вт/(м*К)), а также химически стоек и прозрачен для рентгеновского излучения. В работе 2022 года [3] нами было показано, что композитный материал на основе алмазной матрицы с внедренными наночастицами Y3AbOi2:Ce демонстрирует яркую рентгенолюминесценцию в видимом диапазоне.
В данной работе проведено исследование люминесценции сформированных композитов на основе поликристаллического алмаза с внедренными частицами NaGdF4:Eu, EuF3 и SrF2:Eu (рис. 1).
Получение композитов проводилось в два этапа:
На первом этапе полированные монокристаллические кремниевые пластины, используемые в качестве подложек,
ШКОЛ А-КОНФЕРЕНЦИЯ
МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
L -ПРОХОРОвСКИЕ НЕДЕЛИ-
24-26 октября 2023 г.
засеивались детонационными наноалмазами со средним размером частиц 5 нм из суспензии на водной основе. Затем химическим осаждением из метан-водородной СВЧ-плазмы в реакторе АЯВК 100 (2,45 ГГц) выращивалась первичная алмазная плёнка толщиной ~ 2 мкм. На втором этапе сформировавшиеся алмазные подложки засеивались частицами соответствующего люминофора из суспензии на основе диметилсульфоксида (концентрация 10 мг/мл). Затем образцы высушивались в печи и повторно заращивались алмазом для полной инкапсуляции люминесцентных частиц.
550 600 650 700 750 Длина волны (нм)
Рис. 1. Спектры фотолюминесценции исходных порошков люминофора (серая кривая) и алмазных композитов на их основе (красная кривая) при возбуждении лазером на длине волны 473 нм.
Спектры люминесценции синтезированных алмазных композитов существенно изменяются по отношению к спектрам исходных порошков люминофоров. Вне зависимости от исходного
А . SSSSS^SSS НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ активные среды и наноструктуры
-ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
соотношения интенсивностей полос люминесценции порошка люминофора, в спектре люминесценции алмазного композита наибольшую интенсивность демонстрирует полоса европия, соответствующая переходу 5Do^7F2 на длине волны 611 нм. Наибольшую интенсивность люминесценции при одинаковом количестве нанесенных наночастиц продемонстрировал образец с NaGdF4:Eu.
Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 22-13-00401. Авторы выражают благодарность к.х.н. Кузнецову С.В. за постановку научной задачи и обсуждение результатов.
1. Liu H., Spence J.C.H. Quantitative Biology. 2016. 4. 159-176.
2. Kurobori T. et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2014. 326. 76-80.
3. Kuznetsov S.V. et al. Inorganics. 2022. 10(12). 240.
