CC BY
30
УНИВЕРСИТЕТ ИТМО
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИИ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ март-апрель 2021 Том 21 № 2 http://ntv.ifmo.ru/
SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS March-April 2021 Vol. 21 No 2 http://ntv.ifmo.ru/en/
ISSN 2226-1494 (print) ISSN 2500-0373 (online)
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-2-198-205 УДК 621.387.322
Золь-гель синтез Gd2Oз:Nd3+ нанопорошков и исследование их люминесцентных свойств
Амир Муссауи1, Дмитрий Владимирович Булыга2, Наталья Константиновна Кузьменко3, Александр Иванович Игнатьев4, Сергей Константинович Евстропьев5^, Николай Валентинович Никоноров6
1,2,з,4,5,б Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация
5 Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 190013, Российская Федерация
1 am.moussaoui92@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-7858-7417
2 dmbulyga@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527
3 Nataliakuz01@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-7213-8231
4 ignatiev@oi.ifmo.ru, https://orcid.org/0000-0002-6114-0248
5 evstropiev@bk.ruн, https://orcid.org/0000-0002-0160-8443
6 Nikonorov@oi.ifmo.ru, https://orcid.org/0000-0002-1341-067X Аннотация
Предмет исследования. В работе приведены результаты золь-гель синтеза нанопорошков Gd2Oз:Nd3+ цитратным методом. Исследованы их структуры и люминесцентные свойства. Предложена и опробована методика использования при золь-гель синтезе двух органических стабилизаторов, имеющих различную термическую устойчивость. Изучены люминесцентные свойства полученных Gd2Oз:Nd3+ порошков в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра. Метод. Для синтеза материалов применен цитратный золь-гель метод. В качестве основных исходных компонентов использованы водные растворы нитратов металлов, а в качестве органических модифицирующих компонентов — лимонная кислота и поливинилпирролидон. Эти компоненты выполняли двойную функцию в процессе синтеза: выступали стабилизаторами формирующихся наночастиц в коллоидных растворах, а также выполняли роль «горючей» добавки, которая при сгорании в процессе термообработки материалов повышает температуру реакционной смеси. Для исследования процессов эволюции структуры материалов при синтезе использованы методы инфракрасной спектроскопии, дифференциально-термического и термогравиметрического анализов. Основные результаты. Кристаллические нанопорошки Gd2Oз:Nd3+ получены низкотемпературным золь-гель методом при использовании лимонной кислоты и поливинилпирролидона в качестве стабилизаторов. Данные инфракрасной спектроскопии и дифференциально-термического и термогравиметрического анализов показывали, что формирование наночастиц Gd2Oз:Nd3+ начинается на стадии сырого геля. Процесс эволюции развивается во время сушки и термообработки материалов. Показано, что применение двух органических стабилизаторов, имеющих различную термическую устойчивость, обеспечивает стабилизацию формирующихся наночастиц Gd2Oз на разных этапах синтеза в широком температурном диапазоне. При возбуждении синтезированных нанопорошков излучением с длиной волны 238 нм наблюдается люминесценция в ультрафиолетовой части спектра, определяемая электронными переходами в кристаллической матрице Gd2Oз. Полученные Gd2Oз:Nd3+ нанопорошки демонстрируют интенсивную фотолюминесценцию в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра. Практическая значимость. Экспериментальные данные, полученные в настоящей работе, могут быть применены при разработке технологических процессов производства люминофоров, а также люминесцентных материалов для нанотермометрии в медицине. Ключевые слова
золь-гель синтез, спектр поглощения, люминесценция, наночастица, Gd2Oз:Nd3+ Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Белорусского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-58-00054).
© Муссауи А., Булыга Д.В., Кузьменко Н.К., Игнатьев А.И., Евстропьев С.К., Никоноров Н.В., 2021
Ссылка для цитирования: Муссауи А., Булыга Д.В., Кузьменко Н.К., Игнатьев А.И., Евстропьев С.К., Никоноров Н.В. Золь-гель синтез Gd2O3:Nd3+ нанопорошков и исследование их люминесцентных свойств // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 2. С. 198-205. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-2-198-205
Sol-gel synthesis of Gd2O3:Nd3+ nanopowders and the study of their luminescent properties
Amir Moussaoui1, Dmitry V. Bulyga2, Natalia K. Kuzmenko3, Alexander I. Ignat'ev4, Sergey K. Evstropiev5^, Nikolay V. Nikonorov6
1,2,3,4,5,6 ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation
5 St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Saint Petersburg, 190013, Russian Federation
1 am.moussaoui92@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-7858-7417
2 dmbulyga@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527
3 Nataliakuz01@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-7213-8231
4 ignatiev@oi.ifmo.ru, https://orcid.org/0000-0002-6114-0248
5 evstropiev@bk.ruH, https://orcid.org/0000-0002-0160-8443
6 Nikonorov@oi.ifmo.ru, https://orcid.org/0000-0002-1341-067X Abstract
The paper presents the results of the sol-gel synthesis of Gd2O3:Nd3+ nanopowders by the citrate method, as well as the study of their structure and luminescent properties. A technique for using two different organic stabilizers with different thermal stability in sol-gel synthesis has been proposed and tested. The luminescent properties of the obtained Gd2O3:Nd3+ powders have been studied in the ultraviolet and near infrared spectral regions. The citrate sol-gel method was used to synthesize the materials. Aqueous solutions of metal nitrates were used as the main initial components. Citric acid and polyvinylpyrrolidone were used as organic modifying components, playing a double role in the synthesis process, i.e. acting as stabilizers of forming nanoparticles in colloidal solutions and serving as a fuel additive in the process of heat treatment of materials. Infrared spectroscopy and differential thermal and thermogravimetric analyses were used to study the evolution of the structure of materials during synthesis. Crystalline Gd2O3:Nd3+ nanopowders were obtained by a low-temperature sol-gel method using citric acid and polyvinylpyrrolidone as stabilizers. The data of infrared spectroscopy and differential thermal and thermogravimetric analyses show that the formation of Gd2O3:Nd3+ nanoparticles begins at the stage of the crude gel and the evolution process develops during the drying and heat treatment of materials. It is shown that the use of two different organic stabilizers with different thermal stability provides stabilization of the forming Gd2O3:Nd3+ nanoparticles at different stages of synthesis in a wide temperature range. The luminescence spectra are observed in the UV spectral region under excitation of the synthesized nanopowders by radiation with a wavelength of 238 nm. They are determined by electronic transitions in the Gd2O3 crystalline matrix. The synthesized Gd2O3:Nd3+ nanopowders exhibit intense photoluminescence in the UV and near-IR spectral regions. The results can be used in the development of a technology for the synthesis of various composite phosphors, as well as in the creation of luminescent nanopowders for nanothermometry in medicine. Keywords
sol-gel synthesis, absorption spectrum, luminescence, nanoparticle, Gd2O3:Nd3+ Acknowledgements
This work was funded by the Russian Foundation for Basic Research and Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (project No. 20-58-00054).
For citation: Moussaoui A., Bulyga D.V., Kuzmenko N.K., Ignat'ev A.I., Evstropiev S.K., Nikonorov N.V. Solgel synthesis of Gd2O3:Nd3+ nanopowders and the study of their luminescent properties. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021, vol. 21, no. 2, pp. 198-205 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-2-198-205
Введение
Нанокристаллические материалы на основе оксида гадолиния (0ё20з) характеризуются высокими люминесцентными свойствами, термостойкостью и химической устойчивостью, перспективны для различных оптических, экологических и медицинских приложений [1-5].
Для синтеза нанокристаллов вё20з часто используются жидкостные методы: золь-гель процесс [6-9]; полимерно-солевой метод [10]; синтез при нагревании неводных растворов [11, 12]; термохимический способ [5, 13-16]; осаждение из растворов [17, 18]; гидротермальный метод [3-5]; распылительный пиролиз [19]. Установлено, что кристаллическая структура и люми-
несцентные свойства нанокристаллов зависят от метода их получения. Нанокристаллы вё20з, полученные низкотемпературными методами, такими как золь-гель процесс или полимерно-солевой синтез, имеют кубическую структуру, являющуюся стабильной формой оксида гадолиния до 1250 °С [20].
Золь-гель процесс, широко известный и применяемый для получения различных материалов, обеспечивает их высокую однородность и относительно низкие температуры синтеза [6, 8, 17, 21-25]. Так, в [17] формирование кристаллов вё20з наблюдалось при термообработке гелей до температуры всего 400 °С, что существенно ниже температур технологических процессов, традиционно используемых при производстве оксидных оптических материалов.
Цитратный золь-гель метод, основанный на введении в исходные растворы лимонной кислоты с последующим их нагревом и формированием однородных гелей, применяется для создания люминесцентных наноматериалов на основе оксида гадолиния [1, 2].
Лимонная кислота и поливинилпирролидон (ПВП) играют двойную роль в процессе синтеза, выступая стабилизаторами формирующихся наночастиц в коллоидных растворах и исполняя роль горючей добавки в процессе термообработки материалов [2, 26].
Лимонная кислота образует в растворах хелатные соединения с ионами металлов [21] и используется для формирования оксидных нанофосфоров [1, 2, 21, 24]. В процессе золь-гель синтеза молекулы лимонной кислоты претерпевают эволюцию на стадии нагрева исходного раствора и формирования геля [21] и полностью разлагаются при Т >175 °С [27], т. е. температурах существенно более низких, чем температуры разложения нитратов металлов [28]. По этой причине лимонная кислота является эффективным, но относительно низкотемпературным стабилизатором оксидных наночастиц.
ПВП является растворимым органическим полимером, используемым для стабилизации различных на-ночастиц [26, 28, 29]. Термическое разложение и окисление ПВП происходит при температурах 300-550 °С, близких к температурам разложения нитратов металлов и образования оксидных наночастиц. Присутствие ПВП в исходных растворах оказывает существенное влияние на размер и свойства формируемых наночастиц [7, 29]. По сравнению с лимонной кислотой ПВП — более высокотемпературный стабилизатор, непосредственно участвующий в формировании оксидных наночастиц.
Цель настоящей работы — разработка низкотемпературного цитратного золь-гель синтеза нанопо-рошков 0ё20з^ё3+ с одновременным применением двух органических стабилизаторов (образцы № 1 и № 2, представленные в таблице), изучение эволюции структуры наночастиц в процессе их формирования и исследование люминесцентных свойств полученных нанопорошков.
Материалы и методы
В качестве исходных материалов использованы водные растворы нитратов гадолиния (вё) и неодима (Ш), лимонная кислота и ПВП. Водные растворы компонентов получены растворением порошкообразных реактивов в дистиллированной воде при интенсивном перемешивании. Смешение заданных объемов раство-
ров компонентов проводилось при комнатной температуре. Химический состав полученных жидких смесей приведен в таблице.
Смешанные растворы подвергались термообработке при температуре 70 °С при перемешивании.
Процессы эволюции материалов при золь-гель синтезе в настоящей работе изучены методами инфракрасной (ИК) спектроскопии и дифференциально-термического и термогравиметрического (ДТА-ТГ) анализа.
Измерения ИК спектров гелей выполнены с помощью спектрометра Bruker ALPHA, ДТА-ТГ анализ материалов — на STA 449F1 Jupiter (Netzsch).
Для изучения фотолюминесценции растворов и композитов в области длин волн X = 250-800 нм применен люминесцентный спектрометр Perkin-Elmer LS 50B.
Исследование эмиссионных свойств материалов осуществлялось на экспериментальной установке, включающей в себя лазерный источник на кристалле YAG:Nd (длина волны X = 532 нм), генерирующий импульсы с длительностью т = 10 нс и энергией E = 30 мДж. Для регистрации эмиссионных спектров использовались монохроматор Acton-300 (Acton Research) и InGaAs-фотоприемник ID-44 (Acton Research). В процессе проведения исследований порошки Gd2Ü3:Nd3+ плотно фиксировались в пространстве между двумя плоскопараллельными полированными пластинами из кварцевого стекла, при этом толщина слоя нанопорошка между пластинами составляла 150 мкм. Лазерное излучение фокусировалось в пятно диаметром около 130 мкм на поверхности пластин.
Результаты и обсуждение
Процессы эволюции материалов в процессе золь-гель синтеза. На рис. 1 приведен спектр поглощения композиционного геля образца № 1 (таблица) в ИК области спектра. Широкая и интенсивная полоса поглощения в области 3300-3500 см-1 связана с валентными колебаниями О-Н-групп. Наличие в спектре сырого геля этой полосы является закономерным. Присутствие в составе сырого геля анионов СОО- и молекул ПВП определяет наличие в спектрах интенсивной полосы поглощения колебаний карбонильной группы C=O максимумом при волновом числе 1631 см-1. До термообработки в составе геля сохраняются нитрат-анионы, определяющие поглощение света в области 1460 см-1.
Полоса поглощения с максимумом при волновом числе 537 см-1 связана с колебаниями связи Gd-O в кубических кристаллах Gd2O3 [13, 25]. Этот результат позволяет предположить, что формирование частиц
Таблица. Химический состав материалов Table. Chemical composition of materials
Концентрация, масс.%
Номер образца Раствор Порошок
Вода Gd(NO3)3 Nd(NO3)3 Лимонная кислота ПВП Gd2O3 Nd
1 88,22 4,18 0,05 2,26 5,29 99 1
2 87,74 4,15 0,05 2,80 5,26 99 1
ОН 3364 смг1
460
1460 2460
Волновое число, см-1
3460
Рис. 1. Спектр поглощения композиционного геля в инфракрасной области спектра Fig. 1. Absorption spectrum of composite gel in the IR spectral region
оксида гадолиния начинается еще на стадии формирования геля.
Аналогичные результаты были получены ранее при формировании цитратным золь-гель методом схожих по структуре материалов Y2Ü3:Eu [21]. Полоса поглощения (волновое число равное 560 см-1) колебаний связи Y-Ü кубических кристаллов Y2O3 проявлялась в спектрах уже после сушки гелей при 100 °С, и ее интенсивность возрастала по мере увеличения температуры термообработки материалов [21]. В порошках Gd2Ü3:Eu3+,Tb3+, полученных золь-гель методом из элементоорганических соединений, полоса колебаний связи Gd-Ü появлялась после термообработки материалов при 600 °С [25].
Дифференциально-термический и термогравиметрический анализ процессов, протекающих при термообработке гелей. Нагрев гелей в процессе термообработки приводит к разложению лимонной кислоты, солей металлов и ПВП, и к образованию и росту оксидных кристаллов. На рис. 2 приведены данные ДТА-ТГ
анализа процессов, протекающих при термообработке геля образца № 1. Из рис. 2, а видно, что при нагреве гелей наблюдается ступенчатое уменьшение массы образца, сопровождающееся несколькими экзотермическими эффектами (рис. 2, Ь).
Потери массы образца и небольшое поглощение тепла на начальных стадиях термообработки (20150 °С) определяются удалением из материала остаточной воды. При достижении температуры разложения лимонной кислоты (175 °С [27]), наблюдается заметное уменьшение массы образца, сопровождающееся выделением тепла.
Наиболее сильные изменения массы образца и экзотермические эффекты наблюдаются в широком температурном диапазоне 340-850 °С. При температурах 340-550 °С происходит разложение нитратов металлов и ПВП, сопровождающееся значительным выделением тепла и газообразных продуктов [28].
Люминесцентные свойства синтезированных порошков Gd2O3:Nd3+
Люминесценция порошков в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. В УФ области спектра люминесцентные свойства синтезированных порошков в основном определяются электронными переходами в кристаллической матрице вё20з, подробно описанными в [15].
В спектрах возбуждения люминесценции в УФ области спектра (рис. 3, а) наблюдаются полосы с максимумами длин волн 238, 257, 268 и 282 нм. Аналогичные спектры возбуждения люминесценции рассмотрены в работе [5] в Сё203:Еи3+ нанофосфорах, полученных термохимическим и гидротермальным методами синтеза. По данным [5, 7, 15, 16] наиболее интенсивная полоса с максимумом Хшах = 238 нм связана с переходом 6^7/2 ^ 8^7/2 ионов вё3+ в кристаллической матрице 0ё203. Полоса с максимумом 268 нм соответствует электронному переходу 8Б7/2 ^ 617/2-17/2 ионов вё3+ в кристаллической матрице вё203 [30]. Полоса переноса заряда с максимумом ^шах ~ 257 нм между ионами кислорода и ионами Еи3+ приведена в [5, 7, 30].
400 600 Температура, °С
1000
400 600 Температура, °С
1000
Рис. 2. Результаты термогравиметрического (а) и дифференциально-термического (b) анализов процессов, протекающих при
термообработке гелей
Fig. 2. Results of the thermal gravimetric (a) and differential thermal (b) analyses of the processes occurring during heat treatment of
the gels
240 260 280 320 360 380
Длина волны, нм Длина волны, нм
Рис. 3. Спектр возбуждения люминесценции (длина волны люминесценции 309 нм) порошка Gd2O3:Nd3+ (а); спектр фотолюминесценции (длина волны возбуждения люминесценции 238 нм) порошка Gd2O3:Nd3+ (b) Fig. 3. Luminescence excitation spectrum (wavelength of the luminescence 309 nm) of Gd2O3:Nd3+ powder (a); Photoluminescence spectrum (wavelength of the luminescence excitation 238 nm) of Gd2O3:Nd3+ powder (b)
Соотношение между интенсивностями полос, наблюдаемых в спектрах возбуждения люминесценции, было различным для вё203:Еи3+ нанофосфорах, одинакового химического состава, но полученных различными методами [5]. Полученные в настоящей работе экспериментальные результаты показывают, что изменение содержания в исходных растворах лимонной кислоты не влияет на соотношение интенсивности полос, наблюдаемых в спектрах возбуждения люминесценции.
При возбуждении синтезированных порошков излучением с длиной волны А.возб = 238 нм наблюдается люминесценция в УФ части спектра (рис. 3, Ь), определяемая электронными переходами в кристаллической матрице вё203. Изменение содержания в исходных растворах лимонной кислоты практически не оказало влияния на форму спектра люминесценции в УФ области спектра.
Люминесценция порошков в ИК области спектра. Интенсивная люминесценция, наблюдаемая в
—I---1-1-1-'-1-1-1-1-г
900 1100 1300
Длина волны, нм
Рис. 4. Спектр фотолюминесценции (Явозб = 980 нм) порошка Gd2O3:Nd3+ (образец № 1) в ближней инфракрасной области спектра Fig. 4. Photoluminescence spectrum (A,ex = 980 nm) of Gd2O3:Nd3+ powder (sample 1) in the NIR region
синтезированных порошках в ближней ИК области спектра, определяется электронными переходами иона-активатора Кё3+. Спектр фотолюминесценции синтезированного порошка Сё203:№3+ приведен на рис. 4. Наблюдаемые на спектре три группы полос люминесценции, расположенные при длинах волн 940, 1060 и 1360 нм, связаны с электронными переходами ионов
Ш3+ 4F3/2-4I9/2, 4р3/2"4111/2 и 4р3/2"4113/2 соответственно. Наиболее интенсивный пик люминесценции ионов неодима с максимумом Хшах = 1064 нм соответствует электронному переходу 4Б3/2 ^ 4111/2.
Сопоставление экспериментальных результатов, показанных на рис. 4, с данными, приведенными в [10] для 0ё203:Кё3+ материалов, синтезированных полимерно-солевым методом, показало близость спектров фотолюминесценции порошков, полученных различными жидкостными методами. С одной стороны, это проявление малой чувствительности люминесцентных свойств, определяемых ^ электронными переходами №3+, к изменению структуры их ближайшего окружения [31]. С другой стороны, это объясняется определенной схожестью химического состава исходных реагентов, используемых температурно-временных режимов синтеза и, как следствие этого, близостью морфологии и кристаллической структуры полученных порошков.
Заключение
Разработан цитратный золь-гель синтез нанопорошков Сё203:№3+ с одновременным применением двух органических стабилизаторов, изучена эволюция структуры наночастиц в процессе их формирования, и исследованы люминесцентные свойства полученных нанопорошков. В качестве модифицирующих органических стабилизаторов использовалась лимонная кислота и поливинилпирролидон, которые выступали не только стабилизаторами формирующихся наночастиц Сё203:№3+ в коллоидных растворах, но и исполняли роль «горючих» добавок в процессе термообработки материалов. Данные инфракрасной спектроскопии,
дифференциально-термического и термогравиметрического анализов показывали, что формирование на-ночастиц вё20з начинается на стадии сырого геля и процесс эволюции развивается в процессе сушки и термообработки материалов. Полученные Сё20з:№3+ нанопорошки продемонстрировали интенсивную фотолюминесценцию в ультрафиолетовой и ближней ин-
фракрасной областях спектра. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии получения объемной керамики для дисковых лазерных элементов, при создании люминесцентных нанопо-рошков для нанотермометрии в медицине, а также при разработке технологии синтеза различных композитных люминофоров.
Литература
1. Yu Y., Zheng Y.D., Qin F., Cheng Z.M., Zheng C.B., Zhang Z.G., Cao W.W. Experimental investigation on the upconversion mechanism of 754 nm NIR luminescence of Ho3+/Yb3+:Y2O3,Gd2O3 under 976 nm diode laser excitation // Journal of Luminescence. 2011. V. 131. N 2. P. 190-193. doi: 10.1016/j.jlumin.2010.09.033
2. Kumar R.G.A., Hata S., Gopchandran K.G. Diethylene glycol mediated synthesis of Gd2O3:Eu3+ nanophosphor and its Judd-Offelt analysis // Ceramics International. 2013. V. 39. N 8. P. 9125-9136. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.05.010
3. Wang Z., Wang P., Zhong J., Liang H., Wang J. Phase transformation and spectroscopic adjustment of Gd2O3:Eu3+ synthesized by hydrothermal method // Journal of Luminescence. 2014. V. 152. P. 172-175. doi: 10.1016/j.jlumin.2013.11.040
4. Dhananjaya N., Nagabhushana H., Sharma S.C., Rudraswamy B., Shivakumara C., Nagabhushana B.M. Hydrothermal synthesis of Gd2O3:Eu3+ nanophosphors: Effect of surfactant on structural and luminescence properties // Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 587. P. 755-762. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.10.121
5. Dhananjaya N., Nagabhushana H., Nagabhushana B.M., Rudraswamy B., Shivakumara C., Chakradhar R.P.S. Spherical and rod-like Gd2O3:Eu3+ nanophosphors - structural and luminescent properties // Bulletin of Materials Science. 2012. V. 35. N 4. P. 519527. doi: 10.1007/s12034-012-0330-6
6. Ferrara M.C., Altamura D., Schioppa M., Tapfer L., Nichelatti E., Pilloni L., Montecchi M. Growth, characterization and optical properties of nanocrystalline gadolinia thin films prepared by sol-gel dip coating // Journal of Physics D: Applied Physics. 2008. V. 41. N 22. P. 225408. doi: 10.1088/0022-3727/41/22/225408
7. Liu X., Zhou F., Gu M., Huang S., Liu B., Ni C. Fabrication of highly a-axis-oriented Gd2O3:Eu3+ thick film and its luminescence properties // Optical Materials. 2008. V. 31. N 2. P. 126-130. doi: 10.1016/j.optmat.2008.02.001
8. Pang M.L., Lin J., Fu J., Xing R.B., Luo C.X., Han Y.C. Preparation, patterning and luminescent properties of nanocrystalline Gd2O3:A (A = Eu3+, Dy3+, Sm3+, Er3+) phosphor films via Pechini sol-gel soft lithography // Optical Materials. 2003. V. 23. N 3-4. P. 547-558. doi: 10.1016/S0925-3467(03)00020-X
9. Jain A., Hirata G.A. Photoluminescence, size and morphology of red-emitting Gd2O3:Eu3+ nanophosphor synthesized by various methods // Ceramics International. 2016. V. 42. N 5. P. 6428-6435. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.01.053
10. Kuzmenko N.K., Evstropiev S.K., Aseev V.A., Danilovich D.P., Nikonorov N.V., Ignatiev A.I., Matrosova A.S., Demidov V.V., Emerson A.V., Sevastyanova I.M. Polymer-salt synthesis of Gd2O3:Nd3+ nanophosphors // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1695. P. 012184. doi: 10.1088/1742-6596/1695/1/012184
11. Majeed S., Shivaahankar S.A. Rapid, microwave-assisted synthesis of Gd2O3 and Eu:Gd2O3 nanocrystals: characterization, magnetic, optical and biological studies // Journal of Materials Chemistry B. 2014. V. 2. N 34. P. 5585-5593. doi: 10.1039/c4tb00763h
12. Seo S., Yang H., Holloway P.H. Controlled shape growth of Eu- or Tb-doped luminescent Gd2O3 colloidal nanocrystals // Journal of Colloid and Interface Science. 2009. V. 331. N 1. P. 236-242. doi: 10.1016/j.jcis.2008.11.016
13. Tamrakar R.K., Bisen D.R., Sahu I.P. Structural characterization of combustion synthesized Gd2O3 nanopowder by using glycerin as fuel // Advance Physics Letter. 2014. V. 1. N 1. P. 6-9.
14. Sun L., Yao J., Liu C., Liao C., Yan C. Rare earth activated nanosized oxide phosphors: synthesis and optical properties // Journal of Luminescence. 2000. V. 87-89. P. 447-450. doi: 10.1016/S0022-2313(99)00471-8
References
1. Yu Y., Zheng Y.D., Qin F., Cheng Z.M., Zheng C.B., Zhang Z.G., Cao W.W. Experimental investigation on the upconversion mechanism of 754 nm NIR luminescence of Ho3+/Yb3+:Y2O3,Gd2O3 under 976 nm diode laser excitation. Journal of Luminescence, 2011, vol. 131, no. 2, pp. 190-193. doi: 10.1016/j.jlumin.2010.09.033
2. Kumar R.G.A., Hata S., Gopchandran K.G. Diethylene glycol mediated synthesis of Gd2O3:Eu3+ nanophosphor and its Judd-Offelt analysis. Ceramics International, 2013, vol. 39, no. 8, pp. 9125-9136. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.05.010
3. Wang Z., Wang P., Zhong J., Liang H., Wang J. Phase transformation and spectroscopic adjustment of Gd2O3:Eu3+ synthesized by hydrothermal method. Journal of Luminescence, 2014, vol. 152, pp. 172-175. doi: 10.1016/j.jlumin.2013.11.040
4. Dhananjaya N., Nagabhushana H., Sharma S.C., Rudraswamy B., Shivakumara C., Nagabhushana B.M. Hydrothermal synthesis of Gd2O3:Eu3+ nanophosphors: Effect of surfactant on structural and luminescence properties. Journal of Alloys and Compounds, 2014, vol. 587, pp. 755-762. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.10.121
5. Dhananjaya N., Nagabhushana H., Nagabhushana B.M., Rudraswamy B., Shivakumara C., Chakradhar R.P.S. Spherical and rod-like Gd2O3:Eu3+ nanophosphors — structural and luminescent properties. Bulletin of Materials Science, 2012, vol. 35, no. 4, pp. 519-527. doi: 10.1007/s12034-012-0330-6
6. Ferrara M.C., Altamura D., Schioppa M., Tapfer L., Nichelatti E., Pilloni L., Montecchi M. Growth, characterization and optical properties of nanocrystalline gadolinia thin films prepared by sol-gel dip coating. Journal of Physics D: Applied Physics, 2008, vol. 41, no. 22, pp. 225408. doi: 10.1088/0022-3727/41/22/225408
7. Liu X., Zhou F., Gu M., Huang S., Liu B., Ni C. Fabrication of highly a-axis-oriented Gd2O3:Eu3+ thick film and its luminescence properties. Optical Materials, 2008, vol. 31, no. 2, pp. 126-130. doi: 10.1016/j.optmat.2008.02.001
8. Pang M.L., Lin J., Fu J., Xing R.B., Luo C.X., Han Y.C. Preparation, patterning and luminescent properties of nanocrystalline Gd2O3 :A (A = Eu3+, Dy3+, Sm3+, Er3+) phosphor films via Pechini sol-gel soft lithography. Optical Materials, 2003, vol. 23, no. 3-4, pp. 547-558. doi: 10.1016/S0925-3467(03)00020-X
9. Jain A., Hirata G.A. Photoluminescence, size and morphology of red-emitting Gd2O3:Eu3+ nanophosphor synthesized by various methods. Ceramics International, 2016, vol. 42, no. 5, pp. 64286435. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.01.053
10. Kuzmenko N.K., Evstropiev S.K., Aseev V.A., Danilovich D.P., Nikonorov N.V., Ignatiev A.I., Matrosova A.S., Demidov V.V., Emerson A.V., Sevastyanova I.M. Polymer-salt synthesis of Gd2O3 :Nd3+ nanophosphors. Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1695, pp. 012184. doi: 10.1088/1742-6596/1695/1/012184
11. Majeed S., Shivaahankar S.A. Rapid, microwave-assisted synthesis of Gd2O3 and Eu:Gd2O3 nanocrystals: characterization, magnetic, optical and biological studies. Journal of Materials Chemistry B, 2014, vol. 2, no. 34, pp. 5585-5593. doi: 10.1039/c4tb00763h
12. Seo S., Yang H., Holloway P.H. Controlled shape growth of Eu- or Tb-doped luminescent Gd2O3 colloidal nanocrystals. Journal of Colloid and Interface Science, 2009, vol. 331, no. 1, pp. 236-242. doi: 10.1016/j.jcis.2008.11.016
13. Tamrakar R.K., Bisen D.R., Sahu I.P. Structural characterization of combustion synthesized Gd2O3 nanopowder by using glycerin as fuel. Advance Physics Letter, 2014, vol. 1, no. 1, pp. 6-9.
14. Sun L., Yao J., Liu C., Liao C., Yan C. Rare earth activated nanosized oxide phosphors: synthesis and optical properties. Journal of Luminescence, 2000, vol. 87-89, pp. 447-450. doi: 10.1016/S0022-2313(99)00471-8
15. Tamrakar R.K., Upadhyay K. Gd2O3: A Luminescent Material // Rare Earth Elements and Their Minerals. IntechOpen, 2020. P. 186. doi: 10.5772/intechopen.92310
16. Tamrakar R.K., Bisen D.P., Upadhyay K., Sahu M., Sahu I.P., Brahme N. Comparison of emitted color by pure Gd2O3 prepared by two different methods by CIE coordinates // Superlattices and Microstructures. 2015. V. 88. P. 382-388. doi: 10.1016/j.spmi.2015.09.033
17. Michel C.R., López-Contreras N.L., Martínez-Preciado A.H. Gas sensing properties of Gd2O3 microspheres prepared in aqueous media containing pectin // Sensors and Actuators B: Chemical. 2013. V. 177. P. 390-396. doi: 10.1016/j.snb.2012.11.018
18. Atabaev T.Sh., Hong H.T., Piao Z., Hwang Y.-H., Kim H.-K. Tailoring the luminescent properties of Gd2O3:Tb3+ phosphor particles by codoping with Al3+ ions // Journal of Alloys and Compounds. 2012. V. 541. P. 262-268. doi: 10.1016/j.jallcom.2012.06.119
19. Goldys E.M., Drozdowicz-Tomsia K., Jinjun S., Dosev D., Kennedy I.M., Yatsunenko S., Godlewski M. Optical characterization of Eu-doped and undoped Gd2O3 nanoparticles synthesized by the hydrogen flame pyrolysis method // Journal of the American Chemical Society. 2006. V. 128. N 45. P. 14498-14505. doi: 10.1021/ja0621602
20. Costa G.A., Artini C., Ubaldini A., Carnasciali M.M., Mele P., Masini R. Phase stability study of the pseudobinary system Gd2O3-M2O3 (T = 1350°C) // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2008. V. 92. N 1. P. 101-104. doi: 10.1007/s10973-007-8744-x
21. Hao B.V., Huy P.T., Khiem T.N., Ngueyn T., Thanh Ngan N.T., Duong P.H. Synthesis of Y2O3:Eu3+ micro- and nanophosphors by sol-gel process // Journal of Physics: Conference Series. 2009. V. 187. P. 012074. doi: 10.1088/1742-6596/187/1/012074
22. Gorelova A.V., Evstropiev S.K., Efremov A.M., Konovalov A.V., Petrovskii G.T., Semenov A.D., Shashkin V.S. Inorganic sol-gel synthesis of monolithic silica glasses with the use of aerosils // Glass Physics and Chemistry. 1999. V. 25. N 3. P. 274-280.
23. Guo H., Yang X., Xiao T., Zhang W., Lou L., Mugnier J. Structure and optical properties of sol-gel derived Gd2O3 waveguide films // Applied Surface Science. 2004. V. 230. N 1-4. P. 215-221. doi: 10.1016/j.apsusc.2004.02.032
24. Михайлов М.Д., Мамонова Д.В., Колесников И.Е., Маньши-на А.А. Исследование оптических свойств наночастиц YAG:Nd // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. С. 340.
25. Morales Pamíres A.D.J., García Murillo A., Carillo Romo F. de J., García Hernández M., Jaramillo Vigueras D., Chaderyron G., Boyer D. Properties of Gd2O3 :Eu3+, Tb3+ nanopowders obtained by sol-gel process // Materials Research Bulletin. 2010. V. 45. N 1. P. 40-45. doi: 10.1016/j.materresbull.2009.09.005
26. Evstropiev S.K., Vasilyev V.N., Nikonorov N.V., Kolobkova E.V., Volkova N.A., Boltenkov I.A. Photoactive ZnO nanosuspension for intensification of organics contaminations decomposition // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2018. V. 134. P. 45-50. doi: 10.1016/j.cep.2018.10.020
27. Ciriminna R., Meneguzzo F., Delisi R., Pagliaro M. Citric acid: emerging applications of key biotechnology industrial product // Chemistry Central Journal. 2017. V. 11. N 1. P. 22. doi: 10.1186/s13065-017-0251-y
28. Evstropiev S.K., Soshnikov I.P., Kolobkova E.V., Evstropyev K.S., Nikonorov N.V., Khrebtov A.I., Dukelskii K.V., Kotlyar K.P., Oreshkina K.V., Nashekin A.V. Polymer-salt synthesis and characterization of MgO-ZnO ceramic coatings with the high transparency in UV spectral range // Optical Materials. 2018. V. 82. P. 81-87. doi: 10.1016/j.optmat.2018.05.029
29. Евстропьев К.С., Гатчин Ю.А., Евстропьев С.К., Дукельский К.В., Кисляков И.М., Пегасова Н.А., Багров И.А. Спектрально-люминесцентные свойства золей и покрытий, содержащих квантовые точки CdS/ZnS и поливинилпирролидона // Оптика и спектроскопия. 2016. Т. 120. № 3. C. 434-441. doi: 10.7868/S0030403416030065
30. Li Q.B., Lin J.M., Wu J.H., Lan Z., Wang J.L., Wang Y., Peng F.G., Huang M.L., Xiao Y.M. Preparation of Gd2O3 :Eu3+ downconversion luminescent material and its application in dye-sensitized solar cells // Chinese Science Bulletin. 2011. V. 56. N 28-29. P. 3114-3118. doi: 10.1007/s11434-011-4664-z
31. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов / под ред. А.А. Каминского. М.: Наука, 1986. 272 с.
15. Tamrakar R.K., Upadhyay K. Gd2O3: A Luminescent Material. Rare Earth Elements and Their Minerals. IntechOpen, 2020, pp. 186. doi: 10.5772/intechopen.92310
16. Tamrakar R.K., Bisen D.P., Upadhyay K., Sahu M., Sahu I.P., Brahme N. Comparison of emitted color by pure Gd2O3 prepared by two different methods by CIE coordinates. Superlattices and Microstructures, 2015, vol. 88, pp. 382-388. doi: 10.1016/j.spmi.2015.09.033
17. Michel C.R., López-Contreras N.L., Martínez-Preciado A.H. Gas sensing properties of Gd2O3 microspheres prepared in aqueous media containing pectin. Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, vol. 177, pp. 390-396. doi: 10.1016/j.snb.2012.11.018
18. Atabaev T.Sh., Hong H.T., Piao Z., Hwang Y.-H., Kim H.-K. Tailoring the luminescent properties of Gd2O3:Tb3+ phosphor particles by codoping with Al3+ ions. Journal of Alloys and Compounds, 2012, vol. 541, pp. 262-268. doi: 10.1016/j.jallcom.2012.06.119
19. Goldys E.M., Drozdowicz-Tomsia K., Jinjun S., Dosev D., Kennedy I.M., Yatsunenko S., Godlewski M. Optical characterization of Eu-doped and undoped Gd2O3 nanoparticles synthesized by the hydrogen flame pyrolysis method. Journal of the American Chemical Society, 2006, vol. 128, no. 45, pp. 14498-14505. doi: 10.1021/ja0621602
20. Costa G.A., Artini C., Ubaldini A., Carnasciali M.M., Mele P., Masini R. Phase stability study of the pseudobinary system Gd2O3-M2O3 (T = 1350°C). Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2008, vol. 92, no. 1, pp. 101-104. doi: 10.1007/s10973-007-8744-x
21. Hao B.V., Huy P.T., Khiem T.N., Ngueyn T., Thanh Ngan N.T., Duong P.H. Synthesis of Y2O3:Eu3+ micro- and nanophosphors by sol-gel process. Journal of Physics: Conference Series, 2009, vol. 187, pp. 012074. doi: 10.1088/1742-6596/187/1/012074
22. Gorelova A.V., Evstropiev S.K., Efremov A.M., Konovalov A.V., Petrovskii G.T., Semenov A.D., Shashkin V.S. Inorganic sol-gel synthesis of monolithic silica glasses with the use of aerosils. Glass Physics and Chemistry, 1999, vol. 25, no. 3, pp. 274-280.
23. Guo H., Yang X., Xiao T., Zhang W., Lou L., Mugnier J. Structure and optical properties of sol-gel derived Gd2O3 waveguide films. Applied Surface Science, 2004, vol. 230, no. 1-4, pp. 215-221. doi: 10.1016/j.apsusc.2004.02.032
24. Mikhaylov M.D., Mamonova D.V., Kolesnikov I.E., Manshina A.A. Optical properties of YAG: ND nanoparticles. Modern problems of science and education, 2012, no. 4, pp. 340. (in Russian)
25. Morales Pamíres A.D.J., García Murillo A., Carillo Romo F. de J., García Hernández M., Jaramillo Vigueras D., Chaderyron G., Boyer D. Properties of Gd2O3:Eu3+, Tb3+ nanopowders obtained by sol-gel process. Materials Research Bulletin, 2010, vol. 45, no. 1, pp. 40-45. doi: 10.1016/j.materresbull.2009.09.005
26. Evstropiev S.K., Vasilyev V.N., Nikonorov N.V., Kolobkova E.V., Volkova N.A., Boltenkov I.A. Photoactive ZnO nanosuspension for intensification of organics contaminations decomposition. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 2018, vol. 134, pp. 45-50. doi: 10.1016/j.cep.2018.10.020
27. Ciriminna R., Meneguzzo F., Delisi R., Pagliaro M. Citric acid: emerging applications of key biotechnology industrial product. Chemistry Central Journal, 2017, vol. 11, no. 1, pp. 22. doi: 10.1186/s13065-017-0251-y
28. Evstropiev S.K., Soshnikov I.P., Kolobkova E.V., Evstropyev K.S., Nikonorov N.V., Khrebtov A.I., Dukelskii K.V., Kotlyar K.P., Oreshkina K.V., Nashekin A.V. Polymer-salt synthesis and characterization of MgO-ZnO ceramic coatings with the high transparency in UV spectral range. Optical Materials, 2018, vol. 82, pp. 81-87. doi: 10.1016/j.optmat.2018.05.029
29. Evstrop'ev K.S., Gatchin Y.A., Evstrop'ev S.K., Dukel'skii K.V., Kislyakov I.M., Pegasova N.A., Bagrov I.V. Spectral and luminescence properties of sols and coatings containing CdS/ZnS QDs and polyvinylpyrrolidone. Optics and Spectroscopy, 2016, vol. 120, no. 3, pp. 415-422. doi: 10.1134/S0030400X16030061
30. Li Q.B., Lin J.M., Wu J.H., Lan Z., Wang J.L., Wang Y., Peng F.G., Huang M.L., Xiao Y.M. Preparation of Gd2O3:Eu3+ downconversion luminescent material and its application in dye-sensitized solar cells. Chinese Science Bulletin, 2011, vol. 56, no. 28-29, pp. 3114-3118. doi: 10.1007/s11434-011-4664-z
31. Physics and Spectroscopy of Laser Crystals. Ed. by A.A. Kaminskii. Moskow, Nauka Publ., 1986, 272 p. (in Russian)
Авторы
Муссауи Амир — аспирант, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, https://orcid.org/0000-0002-7858-7417, am.moussaoui92@gmail.com
Булыга Дмитрий Владимирович — студент, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, 57217158694, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527, dmbulyga@yandex.ru Кузьменко Наталья Константиновна — инженер, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, ВЗ 57216750549, https://orcid.org/0000-0002-7213-8231, Nataliakuz01@yandex.ru
Игнатьев Александр Иванович — ведущий инженер, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, ВЗ 57189902013, https://orcid.org/0000-0002-6114-0248, ignatiev@oi.ifmo.ru Евстропьев Сергей Константинович — доктор химических наук, доцент, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация; профессор, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 190013, Российская Федерация, 6507317768, https://orcid.org/0000-0002-0160-8443, evstropiev@bk.ru Никоноров Николай Валентинович — доктор физико-математических наук, профессор, профессор, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, 7003772604, https://orcid.org/0000-0002-1341-067X, Nikonorov@oi.ifmo.ru
Authors
Amir Moussaoui — PhD Student, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, https://orcid.org/0000-0002-7858-7417, am.moussaoui92@gmail.com
Dmitry V. Bulyga — Student, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, gg 57217158694, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527, dmbulyga@yandex.ru Natalia K. Kuzmenko — Engineer, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, gg 57216750549, https://orcid.org/0000-0002-7213-8231, Nataliakuz01@yandex.ru
Alexander I. Ignat'ev — Lead Engineer, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, gg 57189902013, https://orcid.org/0000-0002-6114-0248, ignatiev@oi.ifmo.ru Sergey K. Evstropiev — D.Sc., Associate Professor, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation; Professor, St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Saint Petersburg, 190013, Russian Federation, gg 6507317768, https://orcid.org/0000-0002-0160-8443, evstropiev@bk.ru
Nikolay V. Nikonorov — D.Sc., Full Professor, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, gg 7003772604, https://orcid.org/0000-0002-1341-067X, Nikonorov@oi.ifmo.ru
Статья поступила в редакцию 03.03.2021 Одобрена после рецензирования 20.03.2021 Принята к печати 30.03.2021
Received 03.03.2021
Approved after reviewing 20.03.2021
Accepted 30.03.2021
Работа доступна по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial»
