CC BY
11
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, серия Б. Естествени и хуманитарни науки, т. XV, 2013 г. Научна сесия „Техника и технологии, естествени и хуманитарни науки", 25-26 X 2012 Scientific researches of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series B. Natural Sciences and the Humanities, Vol. XV, ISSN 1311-9192, Technics, Technologies, Natural Sciences and Humanities Session, 25-26 oktober 2012.
СИНТЕЗ И ФОТОЛУМИНЕСЦЕНЦИЯ НА Zn - В - ФОСФАТНИ КОМПОЗИЦИИ ДОТИРАНИ СЪС Sm и Mn
И. Костова1, Т. Пашова2, Г. Патронов1, Д. Тончев1, Т. Ефтимов3 катедра „Химична технология", Пловдивски Университет „Паисий Хилендарски", Пловдив, e-mail: irena_k87@abv.bg
2 Катедра „Експериментална физика", Пловдивски Университет
„Паисий Хилендарски", Пловдив
3 Катедра „Оптика и атомна физика", Пловдивски Университет
„Паисий Хилендарски", Пловдив
Резюме.
В последните години нараства интересът към материали на основата на ZnO, B2O3 и Р2О5, дотирани с редкоземни и други елементи. Поради оптичните си свойства тези композиции притежават потенциал за приложение като оптични устройства, оптични влакна за телекомуникации, активни покрития за фотоволтаични системи, защита на ценни документи и други [1, 2].
Настоящото изследване е свързано със синтезиране на Zn - B - фосфатни композиции, дотирани със Sm и Mn, измерване на тяхната плътност, изчисляване на моларния обем и определяне на оптичната им активност чрез фотолуминесцентен анализ. Изследваните композиции имат състав 71,8ZnO - yP2O5 - (27,7-y)B2O3 - 0,5М, където y = 9,7; 13,85; 18 mol %, а M = Sm2O3 или MnO.
Стойностите на плътността на изследваните композиции варират от 1,861 g/cm3 до 2,157 g/cm3 в зависимост от състава и съотношението на компонентите. Оптично активни са само пробите, дотирани със Sm, съгласно резултатите от фотолуминесцентния анализ.
Въведение.
Zn-B-фосфатните композиции дотирани с редкоземни елементи (Sm, Eu, Er и др.) са обект на интерес, поради техните потенциални приложения като оптични устройства, оптични влакна за телекомуникации, активни покрития за фотоволтаични системи, защита на ценни документи и други. Въпреки, че съществуват значителен брой изследвания в UV-VIS-NIR областта, насочени към оценка на електронната структура и активното действие на лантанидните йони в кристали и твърди вещества, много малко се знае за свойствата на Sm3+ йон в стъклата [2,3].
Целта на настоящото изследване е определяне на оптичната активност на Zn - B -фосфатни композиции, дотирани със Sm и Mn. В тази връзка са синтезирани проби със състав 71,8ZnO - yP2O5 - (27,7-y)B2O3 - 0,5М, където y = 9,7; 13,85; 18 mol %, а M = Sm2O3 или MnO, измерена е тяхната плътност, изчислен е моларния обем и е извършен фотолуминесцентен анализ.
Експериментална част.
Синтез.
Синтезирани са 9 проби със състав, показан на табл. 1 Таблица 1
Състав на Zn-B-фосфатни материали
№ проба ZnO, mol% B2O3, mol% P2O5, mol% Sm2O3, mol% MnO, mol%
1 72,31 9,69 18,00 - -
2 72,31 13,86 13,85 - -
3 72,31 18,00 9,69 - -
4 71,81 9,69 18,00 0,50 -
5 71,81 13,86 13,85 0,50 -
6 71,81 18,00 9,69 0,50 -
7 71,81 9,69 18,00 - 0,50
8 71,81 13,86 13,85 - 0,50
9 71,81 18,00 9,69 - 0,50
Изчислените количествата на реагентите ZnO, NH4H2PO4, H3BO3, Sm2O3 (MnO) се претеглят и хомогенизират в хаван. Сместа се накалява в керамичен тигел при 9500С за три часа в муфелна пещ, като процеса се наблюдава периодично. Течната стъкломаса се излива на графитова плоча и чрез преса се достига подходяща дебелина на слоя. За премахване на термичните напрежения, пробите се подлагат на темпериране при 250 0С за два часа. Всички образци се изрязват, шлифоват и полират за достигане на определена форма с оглед на последващия фотолуминесцентен анализ.
Определяне на плътност и моларен обем.
Плътността на синтезираните проби е определена с пикнометър по Архимедовия метод при стайна температура. Като имерсионна течност е използвана дестилирана вода с р = 1 g/ cm3. Моларният обем (V ) е изчислен по формулата:
М м ш
Vm — — Vm — —
,
където М е моларната маса, а р е плътността на съответната проба.
Фотолуминесцентен анализ.
Фотолуминесцентните спектри на пробите са измерени със стандартен влакнесто-оптичен спектрометър (AvaSpec) в спектрална област 200 - 1160 nm, който се захранва от компютър, посредством USB порт, работещ с помоща на специален софтуер AvaSoft-basic. Пробите са облъчени при дължина на вълната 450 nm.
Резултати и дискусия.
Синтезираните композиции са прозрачни хомогенни стъкла. Тяхната структура е доказана чрез рентгенодифракционнен, Раман-спектрален и термичен анализ.
Стойностите и р и Vm са дадени в табл.2.
Таблица 2
Стоимости на плътности моларен обем
№ проба р, g/cm3 Vm, ст3
1 2,035 44,80
2 2,157 40,88
3 2,023 42,09
4 1,861 49,70
5 1,888 47,41
6 1,887 45,83
7 1,842 49,46
8 1,916 44,94
9 1,961 43,39
От таблицата се вижда, че плътността при недотираните проби е по-висока от тази на дотираните. При последните с увеличаване на съдържанието на В2О3 плътността преминава през максимум, но при пробите дотирани със самарий плътността почти не се влияе от съдържанието на В2О3. Най - съществено влияние на съдържанието на В2О3 се наблюдава при пробите дотирани с манган. При тях плътността расте с увеличаване на концентрацията на В2О3. Следователно повишеното съдържание на В2О3 оказва влияние на структурата при наличие на модифициращи агенти в матрицата. Подобен ефект се наблюдава и в сходни изследвания [4]. Респективно, стойностите на Vm намаляват с увеличаване на съдържанието на В2О3. Причина за наблюдаваните промени е смесването на тригонални ВО3 и тетраедрични ВО4 единици във верижната структурна мрежа от фосфати, като по този начин се увеличава размерността и[1,5].
На фиг. 1 и 2 са представени типични фотолуминесцентни спектри на синтезираните композиции, дотирани както с Мп , така и със Sm. Недотираните проби не проявяват оптична активност.
□ 50С
40 С
11111 |1>'ч*■ 14 1ичч, тп1
Фиг. 1 Фотолуминесценция на проба № 9 с източник на възбуждане диод с дължина на вълната 450 пт.
520 620 720
д№1ч<ш1>н< VHHITIj |ъ|л
Фиг. 2 Фотолуминесценция на проба № 5 с източник на възбуждане диод с дължина на вълната 450 nm.
Както се вижда от фигурите, само пробите дотирани със самарий излъчват при тази дължина на вълната.
Изводи
Синтезирани са цинк-бор-фосфатни стъкла, дотирани със самарий и манган. Получените стъкла са прозрачни и хомогенни.
От получените резултати за плътността на синтезираните проби е видно, че добавянето на по-големи количества В2О3 води до увеличаване размерността на стъклената мрежа и промяна на тяхната плътност и моларния им обем.
Фотолуминесцентният анализ на пробите показва оптична активност само на тези дотирани със Sm. Това доказва потенциала им за приложение в оптични устройства.
Литература
M. Altaf, M. A. Chaudhry, Modern Physics Letters B. 20 (2006) 1637-1643
L. Koudelka, P. Mosner, Materials Letters 42 (2000) 194-199
C.K. Jayasankar, E. Rukmini, Optical Materials 8 (1997) 193-205
M. Altaf, M. A. Chaudhry, and Kishwar Naz, Journal of Research (Science)15 (2004) 383389
M. Pal, Journal of Modern Physics, 2 (2011) 1062-1066
Рецензент: доц. Боян Боянов
