RU2806531C1 - Luminescent method for determination of uncontrolled impurities and heterogeneity of their surface distribution - Google Patents
Luminescent method for determination of uncontrolled impurities and heterogeneity of their surface distribution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806531C1 RU2806531C1 RU2023111738A RU2023111738A RU2806531C1 RU 2806531 C1 RU2806531 C1 RU 2806531C1 RU 2023111738 A RU2023111738 A RU 2023111738A RU 2023111738 A RU2023111738 A RU 2023111738A RU 2806531 C1 RU2806531 C1 RU 2806531C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- luminescence
- impurities
- oxide
- surface distribution
- heterogeneity
- Prior art date
Links
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- -1 europium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910001940 europium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N europium(III) oxide Inorganic materials O=[Eu]O[Eu]=O RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000000628 photoluminescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- QWVYNEUUYROOSZ-UHFFFAOYSA-N trioxido(oxo)vanadium;yttrium(3+) Chemical compound [Y+3].[O-][V]([O-])([O-])=O QWVYNEUUYROOSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003826 uniaxial pressing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
- 229910000164 yttrium(III) phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- UXBZSSBXGPYSIL-UHFFFAOYSA-K yttrium(iii) phosphate Chemical compound [Y+3].[O-]P([O-])([O-])=O UXBZSSBXGPYSIL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к методам фотолюминесцентного анализа, и может быть использовано для определения содержания неконтролируемых примесей и контроля их поверхностного распределения в оксидных материалах.The invention relates to methods of photoluminescent analysis, and can be used to determine the content of uncontrolled impurities and control their surface distribution in oxide materials.
Исключительно важным требованием для эффективного практического применения материалов является их химическая чистота. Это обусловлено тем, что наличие даже небольшого количества примесей может существенно изменить их структурные и физико-химические свойства. Определенные примеси могут быть допустимы, но их количество и распределение должно быть строго контролируемым, чтобы обеспечить стабильность свойств материалов. Источниками поступления примесей в материал могут выступать как загрязнения сырьевых материалов, используемых для синтеза, включая связующие вещества и материалы аппаратуры, так и атмосфера, в которой происходит производственный процесс. Следовательно, контроль содержания примесей должен осуществляться на всех этапах изготовления материала, чтобы обеспечить его максимальную эффективность и надежность в высокотехнологичных промышленных приложениях.An extremely important requirement for the effective practical use of materials is their chemical purity. This is due to the fact that the presence of even a small amount of impurities can significantly change their structural and physicochemical properties. Certain impurities may be acceptable, but their quantity and distribution must be strictly controlled to ensure stability of material properties. The sources of impurities entering the material can be both contamination of the raw materials used for synthesis, including binders and equipment materials, and the atmosphere in which the production process takes place. Therefore, control of impurities must be carried out at all stages of the material's production to ensure maximum performance and reliability in high-tech industrial applications.
Для анализа оксидных материалов применяются различные физико-химические методы в зависимости от круга контролируемых примесей, типа и степени чистоты каждого конкретного вещества.To analyze oxide materials, various physical and chemical methods are used, depending on the range of controlled impurities, the type and degree of purity of each specific substance.
Известны способы определения микропримесей в оксидных материалах методами рентгеновской флюоресцентной спектроскопии (D’Sliva A.P., Fassel V.A. X-ray excited optical fluorescence of trace rare earths in yttrium phosphate and yttrium vanadate hosts. Part per giga level determination of rare earth impurities in yttrium oxide. Analytical Chemistry. - 1973. - V. 45. - P. 542-547), атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (Жерноклеева К.В., Барановская В.Б. Анализ чистых скандия, иттрия и их оксидов методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2010. - Т. 76. - № 11. - С. 20-26).There are known methods for determining microimpurities in oxide materials using X-ray fluorescence spectroscopy (D'Sliva A.P., Fassel V.A. X-ray excited optical fluorescence of trace rare earths in yttrium phosphate and yttrium vanadate hosts. Part per giga level determination of rare earth impurities in yttrium oxide. Analytical Chemistry. - 1973. - V. 45. - P. 542-547), atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma and mass spectrometry with inductively coupled plasma (Zhernokleeva K.V., Baranovskaya V.B. Analysis pure scandium, yttrium and their oxides by methods of atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma and mass spectrometry with inductively coupled plasma // Factory Laboratory. Diagnostics of Materials. - 2010. - T. 76. - No. 11. - P. 20- 26).
Существенным недостатком данных способов является разрушительный характер воздействия на структуру материала и необходимость проведения предварительной пробоподготовки образца.A significant disadvantage of these methods is the destructive nature of the effect on the structure of the material and the need for preliminary sample preparation of the sample.
К неразрушающим способам контроля примесного состава относят люминесцентные методы. Их применение для анализа микропримесей в оксидных материалах описывается в ряде работ (Cui J., Hope G.A. Raman and Fluorescence Spectroscopy of CeO2, Er2O3, Nd2O3, Tm2O3, Yb2O3, La2O3, and Tb4O7. Journal of Spectroscopy. - 2015. - V. 2015. - P. 940172; P. Fornasiero, A. Speghini, R. Di Monte, M. Bettinelli, J. Kaspar, A. Bigotto, V. Sergo, M. Graziani, Laser-Excited Luminescence of Trivalent Lanthanide Impurities and Local Structure in CeO2-ZrO2 Mixed Oxides, Chem. Mater. - 2004. - V. 16. - P. 1938-1944).Non-destructive methods for monitoring the impurity composition include luminescent methods. Their use for the analysis of microimpurities in oxide materials is described in a number of works (Cui J., Hope GA Raman and Fluorescence Spectroscopy of CeO 2 , Er 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , La 2 O 3 , and Tb 4 O 7. Journal of Spectroscopy. - 2015. - V. 2015. - P. 940172; P. Fornasiero, A. Speghini, R. Di Monte, M. Bettinelli, J. Kaspar, A. Bigotto, V. Sergo, M. Graziani, Laser-Excited Luminescence of Trivalent Lanthanide Impurities and Local Structure in CeO 2 -ZrO 2 Mixed Oxides, Chem. Mater. - 2004. - V. 16. - P. 1938-1944).
Известен люминесцентный способ определения концентрации центров свечения в кислородсодержащих материалах. Изобретение относится к методам определения концентрации примесных и собственных дефектов в кислородсодержащих материалах, а именно к люминесцентному способу определения концентрации центров свечения, и может быть использовано для технологического контроля веществ и в экологии для контроля льда и воды. Способ включает возбуждение люминесцентных примесей и собственных дефектов электронным пучком, длительность которого составляет 0,1 излучательного времени жизни наиболее короткоживущего центра свечения, регистрацию люминесценции, выявление характеристических полос в спектре люминесценции, идентификацию центров свечения, измерение интенсивностей эталона и характеристических полос, определение концентрации с привлечением данных по градуировочным образцам. Внутренним эталоном чувствительности выбирают собственное фундаментальное широкополосное свечение исследуемого материала, длительность которого меньше излучательного времени центров свечения (RU 2110059, МПК G01N 21/62, опубл. 27.04.1998).There is a known luminescent method for determining the concentration of luminescence centers in oxygen-containing materials. The invention relates to methods for determining the concentration of impurity and intrinsic defects in oxygen-containing materials, namely to a luminescent method for determining the concentration of luminescence centers, and can be used for technological control of substances and in ecology for monitoring ice and water. The method includes excitation of luminescent impurities and intrinsic defects by an electron beam, the duration of which is 0.1 of the radiative lifetime of the shortest-lived luminescence center, registration of luminescence, identification of characteristic bands in the luminescence spectrum, identification of luminescence centers, measurement of the intensities of the standard and characteristic bands, determination of concentration using data on calibration samples. The internal standard of sensitivity is chosen to be the own fundamental broadband glow of the material under study, the duration of which is less than the emission time of the glow centers (RU 2110059, IPC G01N 21/62, publ. 04/27/1998).
Недостатком данного способа является невозможность определения неоднородности распределения примеси по поверхности материала.The disadvantage of this method is the impossibility of determining the heterogeneity of the distribution of impurities over the surface of the material.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является люминесцентный способ определения концентрации примесей в кристаллических материалах (RU 2667678, МПК G01N 21/62, G01J 1/58, опубл. 24.09.2018). Способ включает возбуждение люминесцентных примесей фемтосекундным лазерным импульсом, регистрацию люминесценции, выявление характеристических полос в спектре люминесценции, идентификацию центров свечения, измерение интенсивностей эталона и характеристических полос, определение концентрации с привлечением данных по градуировочным образцам, где эталоном чувствительности является собственное фундаментальное широкополосное свечение исследуемого материала, длительность которого меньше излучательного времени примесного центра свечения.The closest in essence to the proposed method is the luminescent method for determining the concentration of impurities in crystalline materials (RU 2667678, IPC G01N 21/62, G01J 1/58, publ. 09.24.2018). The method includes excitation of luminescent impurities with a femtosecond laser pulse, registration of luminescence, identification of characteristic bands in the luminescence spectrum, identification of luminescence centers, measurement of standard intensities and characteristic bands, determination of concentration using data from calibration samples, where the sensitivity standard is the own fundamental broadband luminescence of the material under study, the duration of which is less than the emission time of the impurity luminescence center.
Существенным недостатком этого способа является невозможность определения неоднородности распределения примеси по поверхности материала.A significant disadvantage of this method is the impossibility of determining the heterogeneity of the distribution of impurities over the surface of the material.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении контроля поверхностного распределения неконтролируемых примесей в оксидных материалах за счет совместного использования методов фотолюминесцентной спектроскопии с использованием ионов европия в качестве спектроскопического зонда и конфокальной микроскопии.The technical result of the invention is to provide control of the surface distribution of uncontrolled impurities in oxide materials through the combined use of photoluminescence spectroscopy methods using europium ions as a spectroscopic probe and confocal microscopy.
Сущность люминесцентного способа определения неконтролируемых примесей и неоднородности их поверхностного распределения заключается в том, что он включает в себя добавление оксида европия в количестве не более 0.1 мол.%. в состав образца оксидного материала в процессе синтеза, регистрацию спектров люминесценции при возбуждении лазерным излучением от различных участков образца при конфокальном сканировании выбранной области, анализ относительной интенсивности линий люминесценции ионов примеси и ионов европия в различных участках поверхности материала в соответствии с изображениями поверхности, полученными методом конфокальной микроскопии.The essence of the luminescent method for determining uncontrolled impurities and the heterogeneity of their surface distribution is that it includes the addition of europium oxide in an amount of no more than 0.1 mol.%. into the composition of an oxide material sample during the synthesis process, registration of luminescence spectra upon excitation by laser radiation from various parts of the sample during confocal scanning of a selected area, analysis of the relative intensity of luminescence lines of impurity ions and europium ions in different areas of the surface of the material in accordance with surface images obtained by the confocal method microscopy.
Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.
Способ определения неконтролируемых примесей и неоднородности их поверхностного распределения может осуществляться как на всех этапах технологии получения оксидного материала, так и на готовых изделиях из оксидных материалов.The method for determining uncontrolled impurities and the heterogeneity of their surface distribution can be carried out both at all stages of the technology for producing oxide material, and on finished products made of oxide materials.
В состав анализируемого оксидного материала в процессе синтеза добавляется оксид европия в количестве не более 0.1 мол. % от общего количества компонентов оксидного материала. Для определения содержания неконтролируемых примесей в образце с помощью спектрофотометра регистрируются спектры люминесценции при возбуждении лазерным излучением.During the synthesis process, europium oxide is added to the composition of the analyzed oxide material in an amount of no more than 0.1 mol. % of the total number of components of the oxide material. To determine the content of uncontrolled impurities in a sample, luminescence spectra are recorded using a spectrophotometer when excited by laser radiation.
Для контроля распределения выявленной неконтролируемой примеси в образце получают изображения выбранной области поверхности с помощью конфокального микроскопа, регистрируют спектры люминесценции при возбуждении лазерным излучением в различных участках данной области, и проводится их анализ.To control the distribution of the identified uncontrolled impurity in the sample, images of a selected surface area are obtained using a confocal microscope, luminescence spectra are recorded when excited by laser radiation in various parts of this area, and they are analyzed.
О неравномерном поверхностном распределении неконтролируемой примеси в исследуемых образцах будет свидетельствовать изменение относительной интенсивности линий ионов примеси и ионов европия в зависимости от участка поверхности, а также полученные карты распределения интенсивностей линий люминесценции ионов примеси на выбранном участке поверхности образца.The uneven surface distribution of an uncontrolled impurity in the samples under study will be indicated by a change in the relative intensity of the lines of impurity ions and europium ions depending on the surface area, as well as the obtained maps of the intensity distribution of luminescence lines of impurity ions on a selected area of the sample surface.
Пример 1Example 1
Для диагностики примесного состава были выбраны керамические образцы твердых растворов (ZrO2)0.909(Y2O3)0.09(Eu2O3)0.001. В качестве исходного материала для изготовления керамики использовался порошок, полученный при размоле монокристаллов аналогичного состава, синтез которых осуществлялся методом направленной кристаллизации расплава [V.I. Aleksandrov, V.V. Osiko, A.M. Prokhorov, V.M. Tatarintsev. Synthesis and crystal growth of refractory materials by RF melting in a cold container // Curr. Top. Mater. Sci., Amsterdam. - 1978. - V. 1. - P. 421-480]. Для приготовления исходной шихты использовали оксиды циркония (ZrO2), иттрия (Y2O3) и европия (Eu2O3) с содержанием основного оксида не менее 99,96 вес. %.To diagnose the impurity composition, ceramic samples of solid solutions (ZrO 2 ) 0.909 (Y 2 O 3 ) 0.09 (Eu 2 O 3 ) 0.001 were selected. As a starting material for the manufacture of ceramics, we used powder obtained by grinding single crystals of a similar composition, the synthesis of which was carried out by the method of directional crystallization of the melt [VI Aleksandrov, VV Osiko, AM Prokhorov, VM Tatarintsev. Synthesis and crystal growth of refractory materials by RF melting in a cold container // Curr. Top. Mater. Sci., Amsterdam. - 1978. - V. 1. - P. 421-480]. To prepare the initial charge, oxides of zirconium (ZrO 2 ), yttrium (Y 2 O 3 ) and europium (Eu 2 O 3 ) were used with a basic oxide content of at least 99.96 wt. %.
Образцы керамики были получены по технологии одноосного прессования из предварительно измельченного порошка. Измельчение производилось с добавлением олеиновой кислоты в барабане, футерованном пластинами и мелющими телами из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Полученный порошок прессовался в виде дисков (радиусом ~ 15 мм, толщиной ~ 0.48 мм) при давлении 15 кН. Термообработка образцов проводилась на воздухе при 1680°С с выдержкой 2 ч в печах с нагревателями из хромита лантана (LaСrO3) в закрытых тиглях из корундовой керамики ВК-97 (Al2O3-97%; SiO2-3%).Ceramics samples were obtained using uniaxial pressing technology from pre-crushed powder. Grinding was carried out with the addition of oleic acid in a drum lined with plates and grinding media made of zirconium dioxide stabilized with yttria. The resulting powder was pressed into disks (radius ~ 15 mm, thickness ~ 0.48 mm) at a pressure of 15 kN. Heat treatment of the samples was carried out in air at 1680°C with exposure for 2 hours in furnaces with heaters made of lanthanum chromite (LaСrO 3 ) in closed crucibles made of corundum ceramics VK-97 (Al 2 O 3 -97%; SiO 2 -3%).
Для определения содержания неконтролируемых примесей в материале керамики (ZrO2)0,909(Y2O3)0,09(Eu2O3)0,001 регистрировались спектры люминесценции в области 400-800 нм при возбуждении излучением с длиной волны 532 нм с помощью спектрофотометра FHR 1000 производства «Horiba». Для доказательства достоверности способа также были зарегистрированы спектры люминесценции монокристаллов аналогичного состава. Зарегистрированные спектры люминесценции данной керамики и кристаллов представлены на фиг.1. Спектры люминесценции кристаллов содержали только линии, характерные для переходов 5D0 → 7F0-4 ионов Eu3+ (фиг. 1, кривая 1), что свидетельствует об отсутствии неконтролируемых примесей в исходных монокристаллах. В спектрах керамик кроме линий люминесценции ионов Eu3+ присутствуют еще две интенсивные узкие линии в области 693 и 694,5 нм (фиг. 1, кривая 2). Принимая во внимание результаты работ [A. Kostyukov, M. Baronskiy, A. Rastorguev, V. Snytnikov, V. Snytnikov, A. Zhuzhgov, A. Ishchenko. Photoluminescence of Cr3+ in nanostructured Al2O3 synthesized by evaporation using a continuous wave CO2 laser // RSC Adv. - 2016. - V. 6. - P. 2072-2078] можно заключить, что данные изменения в спектрах люминесценции керамик обусловлены оптическими переходами 2E → 4A2 ионов Cr3+ (так называемые R-линии) в Al2O3. Данный факт определяет содержание в исследуемой керамике примеси Cr2O3-Al2O3, возникновение которой связано с технологическими условиями синтеза данного материала.To determine the content of uncontrolled impurities in the ceramic material (ZrO 2 ) 0.909 (Y 2 O 3 ) 0.09 (Eu 2 O 3 ) 0.001 , luminescence spectra were recorded in the region of 400-800 nm when excited by radiation with a wavelength of 532 nm using an FHR spectrophotometer 1000 produced by Horiba. To prove the reliability of the method, luminescence spectra of single crystals of similar composition were also recorded. The recorded luminescence spectra of these ceramics and crystals are presented in Fig. 1. The luminescence spectra of the crystals contained only lines characteristic of the 5 D 0 → 7 F 0-4 transitions of Eu 3+ ions (Fig. 1, curve 1), which indicates the absence of uncontrolled impurities in the original single crystals. In the spectra of the ceramics, in addition to the luminescence lines of Eu 3+ ions, there are two more intense narrow lines in the region of 693 and 694.5 nm (Fig. 1, curve 2). Taking into account the results of [A. Kostyukov, M. Baronskiy, A. Rastorguev, V. Snytnikov, V. Snytnikov, A. Zhuzhgov, A. Ishchenko. Photoluminescence of Cr 3+ in nanostructured Al 2 O 3 synthesized by evaporation using a continuous wave CO 2 laser // RSC Adv. - 2016. - V. 6. - P. 2072-2078] we can conclude that these changes in the luminescence spectra of ceramics are caused by optical transitions 2 E → 4 A 2 of Cr 3+ ions (the so-called R-lines) in Al 2 O 3 . This fact determines the content of Cr 2 O 3 -Al 2 O 3 impurity in the ceramics under study, the occurrence of which is associated with the technological conditions of the synthesis of this material.
Для контроля распределения выявленной неконтролируемой примеси Cr2O3-Al2O3 в керамике (ZrO2)0,909(Y2O3)0,09(Eu2O3)0,001 были получены изображения выбранной области поверхности (50 × 50 мкм) с помощью конфокального микроскопа (фиг. 2) и зарегистрированы спектры люминесценции в области 560-750 нм при возбуждении излучением с λ=473 нм в различных участках данной области (фиг. 3). На фиг. 4 показаны данные спектры люминесценции в области 690-700 нм. Исследования проводились на установке NTEGRA SPECTRA производства NT-MDT. Анализ результатов проводился по полученным картам распределения интенсивностей линий люминесценции R1 и R2 ионов Cr3+ в Al2O3 на выбранном участке поверхности образца (фиг. 5), где светлые области соответствовали наибольшей интенсивности линий и наличию большого количества примесей. Данные карты были построены с помощью программного обеспечения Nova. Спектры на фиг. 3 представлены в относительных единицах измерения, приведенные к единице относительно линии люминесценции с максимумом 606.4 нм, обусловленной 5D0 → 7F2 переходом ионов Eu3+. Цвет линий кривых соответствует цвету на карте распределения интенсивностей. Соответственно, анализ карт распределения интенсивностей линий люминесценции R1 и R2 ионов Cr3+ в Al2O3 в зависимости от участка поверхности керамик, выявил, что неконтролируемая примесь Cr2O3-Al2O3 в исследуемых образцах распределена неравномерно.To control the distribution of identified uncontrolled impurities Cr2O3-Al2O3 in ceramics (ZrO2)0.909(Y2O3)0.09(Eu2O3)0.001 Images of a selected surface area (50 × 50 μm) were obtained using a confocal microscope (Fig. 2) and luminescence spectra were recorded in the region of 560-750 nm when excited by radiation with λ = 473 nm in various parts of this area (Fig. 3). In fig. Figure 4 shows these luminescence spectra in the region of 690-700 nm. The studies were carried out using the NTEGRA SPECTRA installation manufactured by NT-MDT. The analysis of the results was carried out using the obtained maps of the intensity distribution of luminescence lines R1 and R2 Cr ions3+ to Al2O3 on a selected area of the sample surface (Fig. 5), where the light areas corresponded to the highest line intensity and the presence of a large number of impurities. Map data was generated using Nova software. Spectra in Fig. 3 are presented in relative units of measurement, reduced to unity relative to the luminescence line with a maximum of 606.4 nm, due to5D0 →7F2 transition Eu ions3+. The color of the curve lines corresponds to the color on the intensity distribution map. Accordingly, analysis of intensity distribution maps of luminescence lines R1 and R2 Cr ions3+ to Al2O3 depending on the surface area of the ceramics, revealed that the uncontrolled admixture of Cr2O3-Al2O3 in the studied samples is distributed unevenly.
По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет проводить анализ распределения неконтролируемых примесей по поверхности материала.Compared to the known solution, the claimed invention makes it possible to analyze the distribution of uncontrolled impurities over the surface of the material.
Изобретение создано за счет средств Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (соглашение № 16318ГУ/2021 от 20.05.2021).The invention was created at the expense of the Fund for Assistance to the Development of Small Enterprises in the Scientific and Technical Field (agreement No. 16318GU/2021 dated 05.20.2021).
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806531C1 true RU2806531C1 (en) | 2023-11-01 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2110059C1 (en) * | 1995-10-26 | 1998-04-27 | Барышников Валентин Иванович | Luminescent method determining concentration of glow centers in oxygen-carrying materials |
| US6377340B1 (en) * | 1999-10-29 | 2002-04-23 | General Electric Company | Method of detection of natural diamonds that have been processed at high pressure and high temperatures |
| RU2226683C1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-04-10 | Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Photoluminescent technique establishing concentration of impurity centers embedded isomorphically in structure of diamond |
| RU2667678C1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-09-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Luminescent method for determination of the concentration of impurities in crystalline materials |
| US10345245B2 (en) * | 2015-06-30 | 2019-07-09 | De Beers Uk Ltd | Luminescence measurements in diamond |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2110059C1 (en) * | 1995-10-26 | 1998-04-27 | Барышников Валентин Иванович | Luminescent method determining concentration of glow centers in oxygen-carrying materials |
| US6377340B1 (en) * | 1999-10-29 | 2002-04-23 | General Electric Company | Method of detection of natural diamonds that have been processed at high pressure and high temperatures |
| RU2226683C1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-04-10 | Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Photoluminescent technique establishing concentration of impurity centers embedded isomorphically in structure of diamond |
| US10345245B2 (en) * | 2015-06-30 | 2019-07-09 | De Beers Uk Ltd | Luminescence measurements in diamond |
| RU2667678C1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-09-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Luminescent method for determination of the concentration of impurities in crystalline materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | The photoluminescence mechanism of CsPb 2 Br 5 microplates revealed by spatially resolved single particle spectroscopy | |
| Zhang et al. | The enhanced photoluminescence and temperature sensing performance in rare earth doped SrMoO 4 phosphors by aliovalent doping: from material design to device applications | |
| Lu et al. | Luminescence properties of Eu3+ doped YBO3 for temperature sensing | |
| Voiculescu et al. | Optical thermometry through infrared excited green upconversion emissions of Er3+-Yb3+ co-doped LaAlO3 phosphors | |
| Chen et al. | Water detection through Nd 3+-sensitized photon upconversion in core–shell nanoarchitecture | |
| Zi et al. | Negative lattice expansion-induced upconversion luminescence thermal enhancement in novel Na 2 MoO 4: Yb 3+, Er 3+ transparent glass ceramics for temperature sensing applications | |
| Li et al. | Spectroscopic properties of Eu: Bi4Ge3O12 single crystal grown by the micro-pulling-down method | |
| Bugrov et al. | Phase composition and photoluminescence correlations in nanocrystalline ZrO2: Eu3+ phosphors synthesized under hydrothermal conditions | |
| Toffolo et al. | Cathodoluminescence and laser-induced fluorescence of calcium carbonate: A review of screening methods for radiocarbon dating of ancient lime mortars | |
| Wang et al. | Investigation on the up-conversion luminescence and temperature sensing properties based on non-thermally coupled levels of rare earth ions doped Ba2In2O5 phosphor | |
| Loiko et al. | Growth, structure, Raman spectra and luminescence of orthorombic Li2Mg2 (MoO4) 3 crystals doped with Eu3+ and Ce3+ ions | |
| Jiang et al. | Size influence on optical thermometry of Er3+/Yb3+ Co-doped Y2O3 microspheres: From TCLs and Non-TCLs | |
| Avram et al. | Highly-sensitive near infrared luminescent nanothermometers based on binary mixture | |
| Vega et al. | Near-infrared to visible upconversion and second harmonic generation in BaTiO3: Ho3+ and BaTiO3: Ho3+/Yb3+ phosphors | |
| Tan et al. | Highly efficient up-conversion green emission in Ho/Yb co-doped yttria-stabilized zirconia single crystals | |
| Wang et al. | Characterization of order-disorder transition in MgAl2O4: Cr3+ spinel using photoluminescence | |
| Dikhtyar et al. | Luminescent properties of Er3+ in centrosymmetric and acentric phosphates Ca8MEr (PO4) 7 (M= Ca, Mg, Zn) and Ca9-xZnxLa (PO4) 7: Er3+ | |
| Stopikowska et al. | Influence of excitation and detection geometry on optical temperature readouts–reabsorption effects in luminescence thermometry | |
| RU2806531C1 (en) | Luminescent method for determination of uncontrolled impurities and heterogeneity of their surface distribution | |
| Long et al. | Dual-mode optical thermometry based on La2MgTiO6: Mn4+, Dy3+ double perovskite phosphors | |
| Stepanov et al. | Luminescence performance of yttrium-stabilized zirconia ceramics doped with Eu3+ ions fabricated by Spark Plasma Sintering technique | |
| Wang et al. | Color-tunable upconversion luminescence in novel lanthanum borogermanates for optical thermometry application | |
| Zhang et al. | Bright upconversion luminescence performance of Yb3+/Tm3+/Gd3+/Er3+ doped AWO4 (A= Sr or Ca) phosphor for optical temperature sensor | |
| Ćirić et al. | The spectroscopic quality factor, phase, morphological, structural, and photoluminescent analysis of ZrO2: Nd3+ coatings created by Plasma electrolytic oxidation | |
| Ryan et al. | Optical properties of divalent manganese in calcium fluorophosphate |