RU2606229C1 - Complex lithium-lanthanum hafnate as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof - Google Patents
Complex lithium-lanthanum hafnate as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606229C1 RU2606229C1 RU2015133421A RU2015133421A RU2606229C1 RU 2606229 C1 RU2606229 C1 RU 2606229C1 RU 2015133421 A RU2015133421 A RU 2015133421A RU 2015133421 A RU2015133421 A RU 2015133421A RU 2606229 C1 RU2606229 C1 RU 2606229C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- lithium
- luminescent material
- lanthanum
- hafnate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
- H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1691—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants
- H01S3/1698—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants rare earth
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к новым соединениям класса сенсибилизированных люминофоров на основе неорганических кристаллических соединений, конкретно - к сложным активированным РЗЭ гафнатам лития-гафния, и может быть использовано для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона.The invention relates to new compounds of the class of sensitized phosphors based on inorganic crystalline compounds, specifically to complex REE activated hafnates of lithium-hafnium, and can be used to convert exciting monochromatic laser radiation with a wavelength of 808 nm into a series of emission lines of 2-2.3 μm, 2.5 -2.9 μm, 3.1-3.35 μm short-wave (1-3 μm) IR range.
Известны в качестве люминесцентного материала с излучением в ближнем и среднем ИК диапазоне теллуритные стекла, допированные ионами эрбия, гольмия и неодима, состава 70ТеО2-20ZnO-9.0СаО-0.6Er2O3-0.1Ho2O3-0.3Nb2O3 (Y. Zhang, L. Sun, Y. Chang, W. Li, C. Jiang. «Multiband infrared luminescence of Er3+-Ho3+-Nd3+/Tm3+ - codoped telluride glasses», Front. Optoelectron. 2014, 7(1):74-76). Материал интенсивно возбуждается в области ИК с длиной волны 808 нм и генерирует одновременное излучение с длинами волн 1.53, 1.80, 2.10, 2.70 и 3.00 мкм. Известный люминесцентный материал может быть получен путем расплава исходных компонентов в алундовом тигле при 800-900°С в электрической печи сопротивления с нагревателями из карбида кремния, выдержкой расплавленного материала в течение 3 ч при 100°С и охлаждением.Tellurite glasses doped with erbium, holmium and neodymium ions of the composition 70ТеО 2 -20ZnO-9.0СаО-0.6Er 2 O 3 -0.1Ho 2 O 3 -0.3Nb 2 O 3 are known as luminescent material with radiation in the near and middle IR range (Y. Zhang, L. Sun, Y. Chang, W. Li, C. Jiang. "Multiband infrared luminescence of Er 3+ -Ho 3+ -Nd 3+ / Tm 3+ - codoped telluride glasses", Front. Optoelectron . 2014, 7 (1): 74-76). The material is intensively excited in the IR region with a wavelength of 808 nm and generates simultaneous radiation with wavelengths of 1.53, 1.80, 2.10, 2.70 and 3.00 μm. Known luminescent material can be obtained by melting the starting components in an alundum crucible at 800-900 ° C in an electric resistance furnace with silicon carbide heaters, holding the molten material for 3 hours at 100 ° C and cooling.
Недостатком известного материала является использование при синтезе в качестве основного компонента оксида теллура, являющегося токсичным соединением (ПДК в воздухе ~0.0070.01 мг/м3).A disadvantage of the known material is the use of tellurium oxide, which is a toxic compound (maximum concentration in the air, ~ 0.0070.01 mg / m 3 ) as the main component in the synthesis.
Известен люминесцентный материал на основе кристалла со структурой граната, состав которого выражается формулой (A,Но)3B2C3O12, где A - по крайней мере один из элементов группы Y, La, Ce, Gb, Lu, Sc, Tb, Eu; В - один из элементов группы Sc, Ga, In, Lu, Al, Gb, Yb, Y, Cr, Tb, Eu; C - Ga или смесь Ga и Al, причем количество Al не более половины смеси, при этом содержание Ho составляет от 0.025 ф.ед. до 2.95 ф.ед., и дополнительно материал содержит по крайней мере один из элементов группы Li, Be, В, Na, Са, Mg, Si, K, Ti, V, Μn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Bi (патент RU 2095900, МПК H01S 3/16, 1996). Лазер генерирует на нескольких штарковских подуровнях перехода 5I6→5I7 (переходы иона Ho3+). Длины волн генерации составляют: 2.842; 2.888; 2.926; 2.973; 2.973; 3.057 мкм.A known luminescent material based on a crystal with a garnet structure, the composition of which is expressed by the formula (A, But) 3 B 2 C 3 O 12 , where A is at least one of the elements of the group Y, La, Ce, Gb, Lu, Sc, Tb Eu; B is one of the elements of the group Sc, Ga, In, Lu, Al, Gb, Yb, Y, Cr, Tb, Eu; C - Ga or a mixture of Ga and Al, moreover, the amount of Al is not more than half of the mixture, while the Ho content is from 0.025 f. up to 2.95 fu, and additionally the material contains at least one of the elements of the group Li, Be, B, Na, Ca, Mg, Si, K, Ti, V, Μn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Bi (patent RU 2095900, IPC
Материал может быть получен путем отжига смеси компонентов в платиновом тигле в течение 10 ч при 1200°С расплава таблеток в иридиевом тигле в герметичной камере в атмосфере 98 об. N2 + 2 об. О2 с последующим вытягиванием кристалла из расплава объемом 300 см3 со скоростью 4 мм/ч. и частотой вращения кристалла 40 об/мин и после отрыва выращенного кристалла от расплава кристалл постепенным охлаждением до комнатной температуры в течение 40 ч.The material can be obtained by annealing the mixture of components in a platinum crucible for 10 hours at 1200 ° C and melt the tablets in an iridium crucible in a sealed chamber in an atmosphere of 98 vol. N 2 + 2 about. O 2 followed by drawing the crystal from the melt with a volume of 300 cm 3 at a speed of 4 mm / h. and a crystal rotation frequency of 40 rpm, and after the growth of the grown crystal from the melt, the crystal was gradually cooled to room temperature over 40 hours.
Недостатком известного люминесцентного материала является то, что стимулированное излучение было получено только в диапазоне 2.80-3.1 мкм. Синтез известного материала трудоемок и основан на методе вытягивания из расплава, что требует длительного высокотемпературного отжига и длительного охлаждения.A disadvantage of the known luminescent material is that stimulated emission was obtained only in the range of 2.80-3.1 μm. The synthesis of the known material is time-consuming and based on the method of drawing from the melt, which requires long-term high-temperature annealing and long-term cooling.
Известен в качестве лазерного материала с излучением в среднем ИК-диапазоне материал на основе смеси различных компонентов с мольными процентами: (55-x)%GeO2-20%Al2O3-20%BaF2-4%Na2O-1%ErF3-x%NdF3 при x=0.5% (G. Bai, L. Tao, K. Li, L. Hu, Y. Hong Tsang. «Enhanced light emission near 2.7 um from Er-Nd co-doped germanate glass», Optical Materials 35 (2013) 1247-1250). Материал имеет диапазон свечения в интервале длин волн 2.5-2.9 мкм с пиком при 2.7 мкм (переход 4I11/2→4I13/2 иона Er3+) при возбуждении 808 нм диодным лазером. Известный материал может быть получен путем расплава смеси исходных компонентов в тигле из сплава Pt-Au при 1300°С в течение 30 мин с последующей выдержкой расплавленного материала при 500°С в течение 2 ч.Known as a laser material with radiation in the mid-IR range is a material based on a mixture of various components with molar percentages: (55-x)% GeO 2 -20% Al 2 O 3 -20% BaF 2 -4% Na 2 O-1 % ErF 3 -x% NdF 3 at x = 0.5% (G. Bai, L. Tao, K. Li, L. Hu, Y. Hong Tsang. “Enhanced light emission near 2.7 um from Er-Nd co-doped germanate glass ", Optical Materials 35 (2013) 1247-1250). The material has a luminescence range in the wavelength range 2.5–2.9 μm with a peak at 2.7 μm (transition 4 I 11/2 → 4 I 13/2 of the Er 3+ ion) excited by a 808 nm diode laser. Known material can be obtained by melt the mixture of the starting components in a crucible of Pt-Au alloy at 1300 ° C for 30 minutes, followed by exposure of the molten material at 500 ° C for 2 hours
Недостатком известного лазерного материала является получение стимулированного излучения только при одной длине волны 2.7 мкм. Также недостатком является высокотемпературный синтез материала.A disadvantage of the known laser material is the production of stimulated radiation at only one wavelength of 2.7 μm. Another disadvantage is the high temperature synthesis of the material.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав люминесцентного материала, позволяющий расширить диапазон преобразования монохроматического излучения лазера ближнего ИК-диапазона в излучение коротковолнового ИК-диапазона.Thus, the authors were faced with the task of developing the composition of the luminescent material, which allows expanding the range of conversion of monochromatic radiation from a near-infrared laser to short-wave infrared radiation.
Поставленная задача решена путем использования нового химического соединения сложного гафната лития-лантана со структурой граната тетрагональной модификации состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6 в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм.The problem is solved by using a new chemical compound of complex lithium-lanthanum hafnate with a garnet structure of tetragonal modification of the composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 as a luminescent material for converting monochromatic laser radiation with a
Поставленная задача также решена в способе получения люминесцентного материала состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, включающем получение исходной смеси стехиометрических количеств оксидов соответствующих металлов, предварительно прокаленных при температуре 900-910°С, и карбоната лития, взятого с избытком 7-10%, ее интенсивное перемешивание и истирание с добавлением этилового спирта, прессование, нагревание до температуры 900-910°С со скоростью нагрева 30-35 град/мин и выдержкой при этой температуре в течение 5-5.2 часа, после чего полученный продукт быстро вынимают и помещают в жидкий азот с выдержкой 1-2 мин, затем выдерживают в сухой атмосфере при нормальных условиях, после чего продукт перешихтовывают, прессуют, нагревают до температуры 960-980°С со скоростью нагрева 30-35 град/мин, выдерживают при этой температуре 5-5.2 часа и снова помещают в жидкий азот с выдержкой 1-2 мин.The problem is also solved in a method for producing a luminescent material of the composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 - 7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 , which includes obtaining the initial mixture of stoichiometric amounts of oxides of the corresponding metals, previously calcined at a temperature of 900-910 ° С, and lithium carbonate taken in excess of 7-10%, its intensive mixing and abrasion with the addition of ethyl alcohol, pressing, heating to a temperature of 900-910 ° C with a heating rate of 30-35 deg / min and holding at that temperature for 5-5.2 hours, after which the resulting product is quickly removed and placed in liquid nitrogen with a holding time of 1-2 minutes, then kept in a dry atmosphere under normal conditions, after which the product is re-knitted, pressed, heated to a temperature of 960-980 ° С with a heating rate of 30-35 deg / min, incubated at this temperature for 5-5.2 hours and again placed in liquid nitrogen with an exposure of 1-2 minutes.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен люминесцентный материал предлагаемого состава с сенсибилизатором из Nd3+ и активаторами из Ho3+, Er3+, Dy3+, позволяющий преобразование монохроматического излучения с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм, а также способ его получения.Currently, luminescent material of the proposed composition with a sensitizer from Nd 3+ and activators from Ho 3+ , Er 3+ , Dy 3+ is not known from the patent and scientific literature, which allows the conversion of monochromatic radiation with a wavelength of 808 nm into a series of emission lines 2-2.3 microns, 2.5-2.9 microns, 3.1-3.35 microns, as well as the method for its preparation.
Один из традиционных методов преобразования ближнего ИК-излучения в излучение коротковолнового ИК-диапазона основан на использовании эффектов возбуждения и девозбуждения активатора, находящегося в оптической матрице. При возбуждении активатор переходит из основного состояния в возбужденное, далее следует безызлучательная релаксация из возбужденного состояния на метастабильное состояние и, наконец, излучательный переход из метастабильного состояния в основное состояние с излучением коротковолнового ИК-диапазона. Одним из эффективных активаторов при таких процессах является Но3+, Er3+, Dy+3. Однако в этом случае для генерации излучения, например, при длине волны 2.7 мкм (переход 4I11/2→4I13/2 иона Er3+) необходимо увеличить время жизни на верхнем уровне 4I11/2, что достигается за счет увеличения концентрации Er вплоть до 30 ат. %. В лазерных активных средах, имеющих несколько метастабильных уровней, возможна генерация на нескольких лазерных каналах. В частности, возможна ситуация, когда конечный уровень одного канала является начальным уровнем другого или эти уровни связаны безызлучательной релаксацией. Такая схема генерации называется каскадной.One of the traditional methods for converting near-infrared radiation to short-wavelength infrared radiation is based on the use of excitation and deexcitation effects of an activator located in an optical matrix. Upon excitation, the activator changes from the ground state to the excited state, followed by non-radiative relaxation from the excited state to the metastable state and, finally, the radiative transition from the metastable state to the ground state with short-wave infrared radiation. One of the effective activators in such processes is Ho 3+ , Er 3+ , Dy +3 . However, in this case, to generate radiation, for example, at a wavelength of 2.7 μm (transition 4 I 11/2 → 4 I 13/2 of the Er 3+ ion), it is necessary to increase the lifetime at the upper level 4I 11/2 , which is achieved by increasing Er concentration up to 30 at. % In laser active media having several metastable levels, generation on several laser channels is possible. In particular, a situation is possible when the final level of one channel is the initial level of another or these levels are associated with non-radiative relaxation. Such a generation scheme is called cascade.
Авторами предлагаемого технического решения в ходе экспериментальных исследований свойств нового химического соединения сложного гафната лития-лантана со структурой граната состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 обнаружено, что Nd эффективно поглощает излучение лазера и в данной оптической матрице выступает в качестве сенсибилизатора редкоземельных ионов Ho, Er, Dy (см. фиг. 1). Для Nd3+ наиболее эффективно проводить возбуждение в полосу поглощения 4F5/2 излучением с длиной волны порядка 808 нм. Переход с возбужденного уровня 4F5/2 на метастабильный уровень 4F3/2 является безызлучательным, а переход с уровня 4F3/2 на уровни 4I15/2, 4I13/2, 4I11/2 сопровождается появлением серии линий в ИК-диапазоне с максимумами в области длин волн 1.7-1.9 мкм, 1.25-1.45 мкм, 1.00-1.13 мкм соответственно. Переход с уровня 4F3/2 на уровень 4I9/2 с пиковым значением излучения при ~0.9 мкм не входит в диапазон измеренных длин волн.The authors of the proposed technical solution during experimental studies of the properties of a new chemical compound of complex lithium-lanthanum hafnate with a garnet structure of Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 found that Nd effectively absorbs laser radiation in this the optical matrix acts as a sensitizer of rare-earth ions Ho, Er, Dy (see Fig. 1). For Nd 3+, it is most efficient to carry out excitation into the 4 F 5/2 absorption band by radiation with a wavelength of about 808 nm. The transition from the excited 4 F 5/2 level to the metastable 4 F 3/2 level is non-radiative, and the transition from the 4 F 3/2 level to the 4 I 15/2 , 4 I 13/2 , 4 I 11/2 levels is accompanied by the appearance of a series of lines in the IR range with maxima in the wavelength region of 1.7-1.9 μm, 1.25-1.45 μm, 1.00-1.13 μm, respectively. The transition from the 4 F 3/2 level to the 4 I 9/2 level with a peak radiation value at ~ 0.9 μm is not in the range of measured wavelengths.
Одновременно из-за небольшой разницы в энергии между уровнями Nd3+ (4F3/2) и Er3+ (4I9/2) энергия с возбужденного уровня Nd3+ (4F3/2) переносится на уровень Er3+ (4I9/2) (ΕΤ1, см. фиг. 1). Переход с возбужденного уровня Er3+ (4I9/2) на метастабильный уровень Er3+ (4I11/2) является безызлучательным, а переход с уровня иона Er3+ 4I11/2 на уровень 4Ι13/2 сопровождается появлением линии в коротковолновом ИК-диапазоне с максимумом в области длин волн 2.5-2.9 мкм. Из-за малого различия в энергиях между уровнями Er3+ (4I13/2), Ho3+ (5I7) и Dy3+ (6Н11/2) энергия с уровня Er3+ (4I13/2) переносится на уровни Но3+ (5I7) и Dy3+ (6Н11/2) (ЕТ2 и ЕТ3, см. фиг. 1). Переход с возбужденного уровня Dy3+ (6Н11/2) на метастабильный уровень Dy3+ (6Н13/2) является безызлучательным, а переходы с возбужденных уровней Но3+ (5Ι7) и Dy3+ (6Н13/2) на уровни Но3+ (5I8) и Dy3+ (6Н15/2) соответственно сопровождаются появлением серии линий в коротковолновом и среднем ИК-диапазоне с максимумами в области длин волн 2-2.3 мкм и 3.1-3.35 мкм.At the same time, due to the small difference in energy between the Nd 3+ ( 4 F 3/2 ) and Er 3+ ( 4 I 9/2 ) levels, energy from the excited Nd 3+ ( 4 F 3/2 ) level is transferred to the Er 3 level + ( 4 I 9/2 ) (ΕΤ1, see Fig. 1). The transition from the excited Er 3+ ( 4 I 9/2 ) level to the metastable Er 3+ ( 4 I 11/2 ) level is nonradiative, and the transition from the Er 3+ 4 I 11/2 ion level to the 4 Ι 13/2 level is accompanied by the appearance of a line in the short-wave infrared range with a maximum in the wavelength range of 2.5–2.9 μm. Due to the small difference in energies between the Er 3+ ( 4 I 13/2 ), Ho 3+ ( 5 I 7 ) and Dy 3+ ( 6 Н 11/2 ) levels, the energy from the Er 3+ ( 4 I 13 / 2 ) is transferred to the levels of Ho 3+ ( 5 I 7 ) and Dy 3+ ( 6 Н 11/2 ) (ET2 and ET3, see Fig. 1). The transition from the excited Dy 3+ ( 6 Н 11/2 ) level to the metastable level of Dy 3+ ( 6 Н 13/2 ) is non-radiative, and the transitions from the excited Ho 3+ (5Ι 7 ) and Dy 3+ ( 6 Н 13 ) levels / 2 ) to the Ho 3+ (5I 8 ) and Dy 3+ ( 6 Н 15/2 ) levels, respectively, are accompanied by the appearance of a series of lines in the short-wave and mid-IR range with maxima in the wavelength range of 2-2.3 μm and 3.1-3.35 μm .
Авторами впервые было получено новое химическое соединение - твердый раствор состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6.The authors first obtained a new chemical compound - a solid solution of the composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 .
Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод о том, что твердый раствор состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где х=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, обладает наилучшими люминесцентными свойствами, которые позволяют использовать его в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм (см. фиг. 2, где показаны концентрационные зависимости эмиссии в твердых растворах Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 при возбуждении излучением с λex=808 нм). Концентрационные зависимости интенсивности люминесценции твердых растворов Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 имеют максимум в области x=2.5⋅10-2-1⋅101 (см. фиг. 3, где показаны концентрационные зависимости интенсивности люминесценции твердых растворов Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 при а - 1.043 мкм (переход 4F3/2→4I11/2 иона Nd3+), б - 1.318 мкм (переход 4F3/2→4I13/2 иона Nd3+), в - 1.846 мкм (переход 4F3/2→4I15/2 иона Nd3+), г - 2.106 мкм (переход 5I7→5I8 иона Но3+), д - 2.658 мкм (переход 4I11/2→4I13/2 иона Er3+), е - 3.168 мкм (переход 6Η13/2→6H15/2 иона Dy3+)). При x<2.5⋅10-2 происходит «разгорание» люминесценции, при x>1⋅10-1 наступает концентрационное тушение.The studies conducted by the authors led to the conclusion that the solid solution composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5 =10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 , has the best luminescent properties that allow it to be used as a luminescent material for conversion monochromatic radiation with a wavelength of 808 nm in a series of emission lines 2-2.3 μm, 2.5-2.9 μm, 3.1-3.35 μm (see Fig. 2, which shows the concentration dependences of emission in Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y solid solutions Er z Dy n Hf 2 O 12 when excited and radiation with λ ex = 808 nm). The concentration dependences of the luminescence intensity of Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 solid solutions have a maximum in the region x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 1 (see Fig. 3, where concentration dependences of the luminescence intensity of Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 solid solutions at a - 1.043 μm (transition 4 F 3/2 → 4 I 11/2 of the Nd 3+ ion), b - 1.318 μm (transition 4 F 3/2 → 4 I 13/2 of the Nd 3+ ion), c - 1.846 μm (transition 4 F 3/2 → 4 I 15/2 of the Nd 3+ ion), g - 2.106 μm (transition 5 I 7 → 5 I 8 of the Ho 3+ ion), d - 2.658 μm (transition 4 I 11/2 → 4 I 13/2 of the Er 3+ ion), е - 3.168 μm (transition 6 Η 13/2 → 6 H 15 / 2 Dy ions 3+ )). At x <2.5⋅10 −2 , luminescence “flares up”; at x> 1⋅10 −1 , concentration quenching occurs.
Как показали исследования, проведенные авторами, нагрев смеси исходных реактивов до 900-910°С и выдержка при этой температуре в течение 5-5.2 часов приводят к началу формирования фаз Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 тетрагональной модификации оксида лантана (La2O3) и гафната лантана (La2Hf2O7). Дальнейший нагрев при более высокой температуре (960-980°С) с кратковременной обработкой в жидком азоте вынутых из печи образцов приводит к полному образованию соединений состава: Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 тетрагональной модификации без примесей оксида лантана (La2O3), гафната лития (Li2HfO3) и гафната лантана (La2Hf2O7). Нагрев до температур ниже 900°С и выдержка менее 5 часов недостаточны для начала формирования фазы Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12 и приводят к образованию смеси гафната лантана (La2Hf2O7), оксида лантана (La2O3) и карбоната лития (Li2CO3). Нагрев до температур выше 980°С и выдержка более 5.2 часов приводят к образованию примеси гафната лития (Li2HfO3) и гафната лантана (La2Hf2O7). Карбонат лития (Li2CO3) взят с избытком 7-10% с учетом летучести Li при нагреве, взятие избытка меньше 7% приводит к формированию примесей гафната лития (Li2HfO3) и гафната лантана (La2Hf2O7), взятие избытка более 10% приводит к необоснованному перерасходу карбоната лития. Предварительное прессование и выдержка в жидком азоте в течение 1-2 мин термообработанных таблетированных образцов, вынутых из печи, препятствуют формированию указанных примесей, легко образуемых при медленном охлаждении порошкообразной смеси. Для получения чистых образцов, а именно предотвращения возможности вхождения алюминия в состав соединения при контакте стенок алундового тигля с образцом и образования примесей La2Hf2O7 и Li2HfO3 на поверхности таблеток, нами было предпринято прокладывание дополнительных тонких таблеток диаметром также 10 мм и толщиной 2-2.5 мм на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца.As the studies conducted by the authors showed, heating the mixture of the starting reagents to 900–910 ° С and holding at this temperature for 5–5.2 hours lead to the beginning of the formation of Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O phases 12 tetragonal modification of lanthanum oxide (La 2 O 3 ) and lanthanum hafnate (La 2 Hf 2 O 7 ). Further heating at a higher temperature (960–980 ° C) with a short-term treatment of samples removed from the furnace in liquid nitrogen leads to the complete formation of compounds of the composition: Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 tetragonal modification without impurities of lanthanum oxide (La 2 O 3 ), lithium hafnate (Li 2 HfO 3 ) and lanthanum hafnate (La 2 Hf 2 O 7 ). Heating to temperatures below 900 ° C and holding for less than 5 hours are insufficient to start the formation of the Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 phase and lead to the formation of a mixture of lanthanum hafnate (La 2 Hf 2 O 7 ) lanthanum oxide (La 2 O 3 ) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). Heating to temperatures above 980 ° C and holding for more than 5.2 hours lead to the formation of impurities of lithium hafnate (Li 2 HfO 3 ) and lanthanum hafnate (La 2 Hf 2 O 7 ). Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was taken with an excess of 7-10%, taking into account the volatility of Li when heated, taking an excess of less than 7% leads to the formation of impurities of lithium hafnate (Li 2 HfO 3 ) and lanthanum hafnate (La 2 Hf 2 O 7 ) taking an excess of more than 10% leads to an unreasonable overspending of lithium carbonate. Preliminary pressing and holding in liquid nitrogen for 1-2 min of heat-treated tablet samples taken out of the furnace prevent the formation of these impurities, which are easily formed by slow cooling of the powder mixture. In order to obtain clean samples, namely, to prevent the possibility of aluminum entering the compound when the walls of the alundum crucible come into contact with the sample and the formation of La 2 Hf 2 O 7 and Li 2 HfO 3 impurities on the tablet surface, we made additional
Таким образом, авторами предлагается новое химическое соединение состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, в качестве люминесцентного материала, позволяющего преобразовывать монохроматическое излучение с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм, и способ его получения.Thus, the authors propose a new chemical compound of the composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 , as a luminescent material, which makes it possible to convert monochromatic radiation with a wavelength of 808 nm into a series of emission lines 2-2.3 microns, 2.5-2.9 microns, 3.1-3.35 microns, and a method for its preparation.
Предлагаемый сложный гафнат лития-лантана со структурой тетрагонального граната состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, может быть получен следующим образом. В качестве исходных соединений для синтеза используют прокаленные при 850-900°С в течение 4-5 часов оксиды лантана (La2O3), неодима (Nd2O3) квалификации (х.ч.), в которых присутствуют в виде примесей Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1⋅10-6-4.5⋅10-3 масс. %, оксид гафния (Hf2O3) (ч.д.а.), карбонат лития (Li2CO3) (х.ч.). Взвешенные в стехиометрическом количестве навески оксида гафния перемешивают с прокаленными оксидами лантана, неодима и карбоната лития, взятого с избытком 7-10% с учетом летучести Li при нагреве. Смесь реагентов тщательно истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию. Готовят таблетки основного вещества диаметром 10 мм и высотой 5-10 мм и дополнительно из той же смеси готовят тонкие таблетки для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца диаметром также 10 мм и высотой 2-2.5 мм. Далее прессованные образцы помещают в алундовые тигли высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм, затем нагревают при 900-910°С и выдерживают при этой температуре в течение 5-5.2 часов. Скорость нагрева составляет 30-35 град/мин. Полученные после нагрева образцы быстро вынимают из печи, опускают в сосуд с жидким азотом и выдерживают 1-2 минуты до остывания, далее переносят в стеклянные бюксы с крышкой и хранят в сухом закрытом эксикаторе, то есть в сухой атмосфере при нормальных условиях. После перешихтовки образцы снова прессуют, нагревают до 960-980°С со скоростью нагрева 30-35 град/мин, выдерживают в печи в течение 5-5.2 часов и повторяют процедуру охлаждения аналогично ранее указанной. После шихтования порошкообразные образцы подвергают рентгенофазовому и структурному анализам, исследуют их физико-химические свойства. Полученные продукты по данным рентгенофазового, структурного и химического анализов являются однофазными составами, соответствуют формуле Li7La3-x-y-z-nNdxHOyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, и имеют гранатную структуру тетрагональной модификации. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм.The proposed complex hafnate of lithium-lanthanum with the structure of a tetragonal garnet of the composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 , can be obtained as follows. As starting compounds for the synthesis, oxides of lanthanum (La 2 O 3 ), neodymium (Nd 2 O 3 ) of qualification (chemically pure) calcined at 850-900 ° C for 4-5 hours, in which they are present as impurities, are used But 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in an amount of 1⋅10 -6 -4.5⋅10 -3 mass. %, hafnium oxide (Hf 2 O 3 ) (analytical grade), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) (analytical grade). Weighed portions of hafnium oxide, weighed in stoichiometric amounts, are mixed with calcined oxides of lanthanum, neodymium and lithium carbonate taken in excess of 7-10%, taking into account the volatility of Li upon heating. The mixture of reagents is thoroughly abraded in an agate mortar with the addition of a few drops of ethyl alcohol and pressed. Tablets of the main substance are prepared with a diameter of 10 mm and a height of 5-10 mm, and additionally thin tablets are prepared from the same mixture for laying on the bottom of the alundum crucible and on top of the main tabletted sample also with a diameter of 10 mm and a height of 2-2.5 mm. Next, the pressed samples are placed in alundum crucibles with a height of 35 mm and an inner diameter of 27 mm, then heated at 900-910 ° C and kept at this temperature for 5-5.2 hours. The heating rate is 30-35 deg / min. The samples obtained after heating are quickly removed from the oven, immersed in a vessel with liquid nitrogen and kept for 1-2 minutes until cooling, then transferred to glass containers with a lid and stored in a dry, closed desiccator, that is, in a dry atmosphere under normal conditions. After remixing, the samples are pressed again, heated to 960–980 ° C with a heating rate of 30–35 deg / min, kept in an oven for 5–5.2 hours, and the cooling procedure is repeated similarly to the previously indicated. After batching, powder samples are subjected to x-ray phase and structural analyzes, and their physicochemical properties are examined. The obtained products according to x-ray phase, structural and chemical analyzes are single-phase compositions that correspond to the formula Li 7 La 3-xyzn Nd x HO y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 , and have a garnet structure of tetragonal modification. The average crystallite size according to scanning electron microscopy is ~ 2.4-3.2 μm.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
В качестве исходных реагентов берут: 3.0406 г HfO2 (ч.д.а.); 3.4710 г La2O3 (х.ч.) (с примесью Nd3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1.2⋅10-3, 2⋅10-6, 5⋅10-5, 1⋅10-6 масс. %) и 0.06076 г (Nd2O3) (х.ч.) (с примесью La3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 8⋅10-3, 4⋅10-4, 5⋅10-5, 4.5⋅10-3 масс. %), предварительно прокаленные при 900°С в течение 4 ч, 2.0580 г Li2CO3 (х.ч.) с избытком по литию 10%. Далее навески интенсивно перемешивают, истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию под давлением 3000 кг/см2. В результате приготавливают 2 больших таблетки высотой 5 мм и диаметром 10 мм и две тонкие таблетки высотой 2-2.3 мм, необходимые для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца. Далее прессованный образец помещают в алундовый тигель высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм и затем ставят в печь «СНОЛ-Е5СС», нагревают до 910°С и выдерживают в течение 5 ч. Скорость нагрева при этом составляет 30 град/мин. Полученный после термообработки таблетированный образец быстро вынимают из печи и из тигля, опускают в сосуд с жидким азотом, выдерживают 1 мин до охлаждения. Затем переносят в стеклянный бюкс с крышкой и ставят в сухой закрытый эксикатор. После перешихтовки образцы прессуют, нагревают до 980°С и выдерживают в течение 5 ч с использованием тонких таблеток, а затем выдерживают в жидком азоте в течение 1 мин. После шихтования приготовленный порошкообразный образец исследуют физико-химическими методами. По данным рентгенофазового, структурного и химического анализов продукт является сложным гафнатом лития-лантана состава Li7La2.949996Nd0.05Ho0.00000026Er0.0000015Dy0.0000024Hf2O12 и имеет тетрагональную модификацию гранатной структуры с параметрами решетки а=13.0984 Å, с=12.6292 Å, А=2166.77 Å3. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм. Интенсивность излучения при его работе в качестве люминесцентного материала для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона приведена на фиг. 2 (х=0.05).As starting reagents take: 3.0406 g HfO 2 (analytical grade); 3.4710 g La 2 O 3 (chemically pure) (mixed with Nd 3+ , But 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in the amount of 1.2⋅10 -3 , 2⋅10 -6 , 5⋅10 -5 , 1⋅10 -6 mass%) and 0.06076 g (Nd 2 O 3 ) (chemically pure) (mixed with La 3+ , But 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in an amount of 8⋅10 -3 , 4⋅10 -4 , 5⋅10 -5 , 4.5⋅10 -3 wt.%), Preliminarily calcined at 900 ° С for 4 h, 2.0580 g of Li 2 CO 3 (chemically pure) with an excess of
Пример 2Example 2
В качестве исходных реагентов берут: 2.8164 г HfO2 (ч.д.а.); 3.1605 г La2O3 (х.ч.) (с примесью Nd3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1.2⋅10-3, 2⋅10-6, 5⋅10-5, 1⋅10-6 масс. %) и 0.1126 г (Nd2O3) (х.ч.) (с примесью La3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 8⋅10-3, 4⋅10-4, 5⋅10-5, 4.5⋅10-3 масс. %), предварительно прокаленные при 850°С в течение 5 ч, 1.9062 г Li2CO3 (х.ч.) с избытком по литию 7%. Далее навески интенсивно перемешивают, истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию под давлением 3000 кг/см2. В результате приготавливают 2 большие таблетки высотой 10 мм и диаметром 10 мм и две тонкие таблетки высотой 2.2-2.5 мм, необходимые для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца. Далее прессованный образец помещают в алундовый тигель высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм и затем ставят в печь «СНОЛ-Е5СС», нагревают до 900°С и выдерживают в течение 5.2 час. Скорость нагрева при этом составляет 35 град/мин. Полученный после термообработки таблетированный образец быстро вынимают из печи и из тигля, опускают в сосуд с жидким азотом, выдерживают 2 мин до охлаждения. Затем переносят в стеклянный бюкс с крышкой и ставят в сухой закрытый эксикатор. После перешихтовки образцы прессуют, нагревают до 960°С и выдерживают в течение 5.2 ч с использованием тонких таблеток и аналогичным вышеописанным образом выдерживают в жидком азоте в течение 2 мин. После шихтования приготовленный порошкообразный образец исследовали физико-химическими методами.As starting reagents take: 2.8164 g of HfO 2 (analytical grade); 3.1605 g La 2 O 3 (chemically pure) (mixed with Nd 3+ , But 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in an amount of 1.2⋅10 -3 , 2⋅10 -6 , 5⋅10 -5 , 1⋅10 -6 mass%) and 0.1126 g (Nd 2 O 3 ) (chemically pure) (mixed with La 3+ , But 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in an amount of 8⋅10 -3 , 4⋅10 -4 , 5⋅10 -5 , 4.5⋅10 -3 wt.%), Preliminarily calcined at 850 ° С for 5 h, 1.9062 g Li 2 CO 3 (chemically pure) with an excess of lithium 7 % Next, the samples are intensively mixed, abraded in an agate mortar with the addition of a few drops of ethyl alcohol, and subjected to pressing under a pressure of 3000 kg / cm 2 . As a result, 2 large tablets are prepared with a height of 10 mm and a diameter of 10 mm and two thin tablets with a height of 2.2-2.5 mm, which are necessary for laying on the bottom of the alundum crucible and on top of the main tableted sample. Next, the pressed sample is placed in an alundum crucible with a height of 35 mm and an inner diameter of 27 mm and then placed in the SNOL-E5SS furnace, heated to 900 ° C and held for 5.2 hours. The heating rate in this case is 35 deg / min. The tablet sample obtained after heat treatment is quickly removed from the furnace and from the crucible, lowered into a vessel with liquid nitrogen, kept for 2 minutes until cooling. Then transferred to a glass bottle with a lid and put in a dry, closed desiccator. After remixing, the samples are pressed, heated to 960 ° C and incubated for 5.2 hours using thin tablets and, in the same manner as described above, incubated in liquid nitrogen for 2 minutes. After batching, the prepared powder sample was examined by physicochemical methods.
По данным рентгенофазового, структурного и химического анализов продукт является сложным гафнатом лития-лантана состава Li7La2.899993Nd0.1Ho0.00000047Er0.0000015Dy0.0000047Hf2O12 и имеет тетрагональную модификацию гранатной структуры с параметрами решетки а=13.0966 Å, с=12.6287 Å, А=2166.09 Å3. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм. Интенсивность излучения при его работе в качестве люминесцентного материала для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона приведена на фиг. 2 (х=0.1)According to X-ray phase, structural, and chemical analyzes, the product is a complex lithium-lanthanum hafnate of the composition Li 7 La 2.899993 Nd 0.1 Ho 0.00000047 Er 0.0000015 Dy 0.0000047 Hf 2 O 12 and has a tetragonal modification of the garnet structure with lattice parameters a = 13.0966 Å, c = 12.6287 Å , A = 2166.09 Å 3 . The average crystallite size according to scanning electron microscopy is ~ 2.4-3.2 μm. The radiation intensity when it is used as a luminescent material for converting exciting monochromatic laser radiation with a wavelength of 808 nm into a series of emission lines of 2-2.3 μm, 2.5-2.9 μm, 3.1-3.35 μm of the short-wave (1-3 μm) IR range is shown in FIG. 2 (x = 0.1)
Пример 3Example 3
В качестве исходных реагентов берут: 2.4091 г HfO2 (.ч.д.а); 2.7734 г La2O3 (х.ч.) (с примесью Nd3+, Ho3+, Er3+, Dy3+ в количестве 1.2⋅10-3, 2⋅10-6, 5⋅10-5, 1⋅10-6 масс. %) и 0.02407 г (Nd2O3) (х.ч.) (с примесью La3+, Но3+, Er3+, Dy3+ в количестве 8⋅10-3, 4⋅10-4, 5⋅10-5, 4.5⋅10-3 масс. %), предварительно прокаленные при 900°С в течение 4 ч, 1.6306 г Li2CO3 (х.ч.) с избытком по литию 10%. Далее навески интенсивно перемешивают, истирают в агатовой ступке с добавлением нескольких капель этилового спирта и подвергают прессованию под давлением 3000 кг/см2. В результате приготавливают 2 большие таблетки высотой 5 мм и диаметром 10 мм и две тонкие таблетки высотой 2-2.3 мм, необходимые для прокладывания на дно алундового тигля и сверху основного таблетированного образца. Далее прессованный образец помещают в алундовый тигель высотой 35 мм и внутренним диаметром 27 мм и затем ставят в печь «СНОЛ-Е5СС», нагревают до 910°С и выдерживают в течение 5 ч. Скорость нагрева при этом составляет 30 град/мин. Полученный после термообработки таблетированный образец быстро вынимают из печи и из тигля, опускают в сосуд с жидким азотом, выдерживают 1 мин до охлаждения. Затем переносят в стеклянный бюкс с крышкой и ставят в сухой закрытый эксикатор. После перешихтовки образцы прессуют, нагревают до 980°С со скоростью нагрева 35 град/мин и выдерживают в течение 5 ч с использованием тонких таблеток и аналогичным вышеописанным образом выдерживают в жидком азоте в течение 1 мин. После шихтования приготовленный порошкообразный образец исследовали физико-химическими методами. По данным рентгенофазового, структурного и химического анализов продукт являлся сложным гафнатом лития-лантана состава Li7La2.974997Nd0.025Ho0.00000016Er0.0000015Dy0.0000012Hf2O12 и имеет тетрагональную модификацию гранатной структуры с параметрами решетки a=13.0992 Å, с=12.6285 Å, А=2166.91 Å3. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет ~2.4-3.2 мкм. Интенсивность излучения при его работе в качестве люминесцентного материала для преобразования возбуждающего монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм коротковолнового (1-3 мкм) ИК-диапазона приведена на фиг. 2 (х=0.025)As starting reagents take: 2.4091 g HfO 2 (.h.p.a); 2.7734 g La 2 O 3 (chemically pure) (with an admixture of Nd 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in an amount of 1.2310 -3 , 2⋅10 -6 , 5⋅10 -5 , 1⋅10 -6 mass%) and 0.02407 g (Nd 2 O 3 ) (chemically pure) (mixed with La 3+ , But 3+ , Er 3+ , Dy 3+ in an amount of 8⋅10 -3 , 4⋅10 -4 , 5⋅10 -5 , 4.5⋅10 -3 wt.%), Preliminarily calcined at 900 ° С for 4 h, 1.6306 g Li 2 CO 3 (chemically pure) with an excess of
Таким образом, авторами предлагается новое химическое соединение сложный гафнат лития-лантана со структурой граната тетрагональной модификации состава Li7La3-x-y-z-nNdxHoyErzDynHf2O12, где x=2.5⋅10-2-1⋅10-1, y=1.6⋅10-7-4.7⋅10-7, z=1.5⋅10-6, n=1.2⋅10-6-4.7⋅10-6, в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 808 нм в серию эмиссионных линий 2-2.3 мкм, 2.5-2.9 мкм, 3.1-3.35 мкм, что позволяет значительно расширить диапазон конвертируемого излучения.Thus, the authors propose a new chemical compound, complex lithium-lanthanum hafnate with a garnet structure of a tetragonal modification of the composition Li 7 La 3-xyzn Nd x Ho y Er z Dy n Hf 2 O 12 , where x = 2.5⋅10 -2 -1⋅10 -1 , y = 1.6⋅10 -7 -4.7⋅10 -7 , z = 1.5⋅10 -6 , n = 1.2⋅10 -6 -4.7⋅10 -6 , as a luminescent material for converting monochromatic laser radiation with a
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015133421A RU2606229C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | Complex lithium-lanthanum hafnate as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015133421A RU2606229C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | Complex lithium-lanthanum hafnate as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2606229C1 true RU2606229C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015133421A RU2606229C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | Complex lithium-lanthanum hafnate as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2606229C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2095900C1 (en) * | 1996-02-29 | 1997-11-10 | Юрий Дмитриевич Заварцев | Laser material |
CN101089242A (en) * | 2006-06-13 | 2007-12-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | Nd-doped lithium lanthanum barium tungstate laser crystal and its preparation method and application |
-
2015
- 2015-08-10 RU RU2015133421A patent/RU2606229C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2095900C1 (en) * | 1996-02-29 | 1997-11-10 | Юрий Дмитриевич Заварцев | Laser material |
CN101089242A (en) * | 2006-06-13 | 2007-12-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | Nd-doped lithium lanthanum barium tungstate laser crystal and its preparation method and application |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
AWAKA J. et al., Neutron powder diffraction study of tetragonal Li 7 La 3 Hf 2 O 12 with the garnet-related type structure, Journal of Solid State Chemistry, 2010, v. 183, p.180-185. * |
ZHANG Y. et al., Multiband infrared luminescence of Er 3+ -Ho 3+ -Nd 3+ /Tm 3+ -codoped telluride glasses, Front. Optoelectron., 2014, v. 7, p. 74-76. * |
ZHANG Y. et al., Multiband infrared luminescence of Er 3+ -Ho 3+ -Nd 3+ /Tm 3+ -codoped telluride glasses, Front. Optoelectron., 2014, v. 7, p. 74-76. AWAKA J. et al., Neutron powder diffraction study of tetragonal Li 7 La 3 Hf 2 O 12 with the garnet-related type structure, Journal of Solid State Chemistry, 2010, v. 183, p.180-185. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yadav et al. | Improved photon upconversion photoluminescence and intrinsic optical bistability from a rare earth co-doped lanthanum oxide phosphor via Bi 3+ doping | |
Kesavulu et al. | Structural and NIR to visible upconversion properties of Er3+-doped LaPO4 phosphors | |
Chen et al. | CsRe 2 F 7@ glass nanocomposites with efficient up-/down-conversion luminescence: from in situ nanocrystallization synthesis to multi-functional applications | |
Lian et al. | Structural and optical properties of Dy3+: YAlO3 phosphors for yellow light-emitting diode applications | |
Wang et al. | Preparation and up-conversion luminescence of Er-doped yttria stabilized zirconia single crystals | |
Stojadinović et al. | Photoluminescence properties of Er3+/Yb3+ doped ZrO2 coatings formed by plasma electrolytic oxidation | |
Boyer et al. | Transparent polycrystalline Sr RE Ga 3 O 7 melilite ceramics: potential phosphors for tuneable solid state lighting | |
Castaing et al. | Hexagonal Sr 1− x/2 Al 2− x Si x O 4: Eu 2+, Dy 3+ transparent ceramics with tuneable persistent luminescence properties | |
Ohyama et al. | Combustion synthesis of YAG: Ce phosphors via the thermite reaction of aluminum | |
Pellegrino et al. | Novel sol–gel fabrication of Yb 3+/Tm 3+ co-doped β-NaYF 4 thin films and investigation of their upconversion properties | |
Zhai et al. | Annealing temperature dependent afterglow of Tb3+ doped CaAl2O4 | |
Zhou et al. | Preparation and spectral analysis of 4.3% Dy: YCa 4 O (BO 3) 3 and 5% Dy, 1.25% Tb: YCa 4 O (BO 3) 3 crystals for potential use in solid state yellow lasers | |
Merízio et al. | Persistent luminescent phosphor-in-glass composites based on NaPO3–Ga2O3 glasses loaded with Sr2MgSi2O7: Eu2+, Dy3+ | |
Sajwan et al. | Recent progress in multicolor tuning of rare earth-doped gadolinium aluminate phosphors GdAlO 3 | |
Liu et al. | Fabrication and optical characterizations of PrF3-doped SrF2 transparent ceramics | |
Guo et al. | Preparation and luminescence properties of Tb3+-Sm3+ co-doped K3Gd (PO4) 2 crystalline glass ceramics | |
Giri et al. | SrAl 4 O 7: Tm 3+/Yb 3+ nanocrystalline blue phosphor: structural, thermal and optical properties | |
Vilejshikova et al. | Up-Conversion Luminescence in Oxyfluoride Glass-Ceramics with PbF 2:(Yb 3+, Eu 3+, RE 3+)(RE= Tm, Ho, OR Er) Nanocrystals | |
Chen et al. | Temperature dependent near-infrared emission and energy transfer of NaY (MoO4) 2: Re (Re= Er3+/Nd3+, Tm3+) crystals | |
RU2606229C1 (en) | Complex lithium-lanthanum hafnate as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof | |
Khaidukov et al. | Specific features of synthesis and luminescence for lithium aluminum spinel LiAl5O8 doped with manganese ions | |
Li et al. | Cyan long lasting phosphorescence in green emitting phosphors Ba 2 Gd 2 Si 4 O 13: Eu 2+, RE 3+(RE 3+= Dy 3+, Ho 3+, Tm 3+, Nd 3+ and Tb 3+) | |
RU2654032C1 (en) | Compound sodium germanate of lanthanum, neodymium and holmium as luminescent material for conversion of monochromatic laser radiation and method for production thereof | |
Nobuta et al. | Formation and photoluminescence of zirconia dendrites in borosilicate glass-ceramics | |
Huang et al. | The luminescence of Pr3+ ions doped in Y4Al2O9 by sol–gel synthesis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180811 |