ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ Y2O3:Eu3+ И Y2O3:Bi3+, Eu3+

Предложен новый метод термохимического синтеза люминесцентных наноструктурированных порошков Y2O3:Eu3+ и Y2O3:Bi3+,Eu3+, основанный на процессе горения нитратов соответствующих металлов в присутствии комплексного органического горючего, состоящего из смеси карбамида и гексаметилентетрамина (ГМТА). Установлено, что в результате термохимической реакции и после прокаливания прекурсора при 650ºС получаются более рыхлые порошки, чем при реакции с одним карбамидом в качестве горючего, с большим количеством пустот. Показано, что при получении порошков Y2O3:Eu3+ на стадии геля формируются безводные соединения с мочевиной состава Y(NО3)3∙3СO(NH2)2 и Eu(NO3)3∙6CO(NH2)2, которые разлагаются при температуре порядка 1200ºС, развивающейся в результате процесса горения, с образованием соответствующих кристаллических оксидов. При этом ионы европия замещают часть ионов иттрия в структуре Y2O3, способствуя формированию люминесцирующего порошка. Характеристики порошков изучали методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и фотолюминесцентной спектроскопии. На рентгенограмме синтезированных прокаливанием при 650ºС порошков наблюдается интенсивный пик на 2θ = 28.94°, отвечающий кристаллическим частицам Y2O3 со средним размером 62.3 нм. При повышении температуры обработки до 1200ºС и выдержке в течение 1 часа средний размер частиц возрастает до 0.25 мкм. Измерение спектров фотолюминесценции образцов Y2O3:Eu3+ выявило максимум в красной области (λ=612 нм) при возбуждении на длине волны 395.5 нм (фиолетовое излучение). Интенсивность люминесценции увеличивается на 15% при введении в матрицу ионов висмута и уменьшается на 30% при прокаливании порошков Y2O3:Eu3+ до 1100ºС. Наноструктурированные порошки Y2O3:Bi3+, Eu3+, полученные методом горения, могут применяться в системах защиты ценных бумаг и промышленных товаров, т.к. обладают особыми люминесцентными характеристиками, позволяющими проводить визуальное наблюдение надписей и меток под излучением светодиодных источников без использования УФ-ламп.

термохимический синтез, наноструктурированные порошки, оксид иттрия, ионы европия и висмута, люминесценция

1. Подденежный Е.Н., Бойко А.А. Классификация способов получения ультрадисперсных оксидных порошков // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П.О. Сухого. 2003. № 1. С. 21-28.

2. Minh L. Q., Strek W., Anh T. K., Yu K. Luminescent nanomaterials [Electronic resource] // Journal of Nanomaterials. 2007. Article ID 48312. Mode of access: http: //www.hindawi.com/journals/jnm/2007/048312/abs/. Date of access: 07.08.12.

3. Mouzon J. Synthesis of Yb:Y2O3 nanoparticles and fabrication of transparent polycrystalline yttria ceramics. Luleå : Luleåtekniskauniversitet, 2005. 126 p.

4. Packiyaraj P., Thangadurai P. Structural and photoluminescence studies of Eu3+doped cubic Y2O3 nanophosphors //J. Luminescence. 2014. V. 145. P. 997-1003.

5. Liu F.-W., Hsu C.-H., Chen F.-S., Lu C.-H. Microwaveassistedsolvothermal preparation and photoluminescence properties of Y2O3:Eu3+phosphors // Ceramics Int. 2012. V. 38, № 2. P. 1577-1584.

6. Huang H., Xu G.Q., Chin W.S., Gan L.M., Chew C.H. Synthesis and characterization of Eu:Y2O3 nanoparticles // Nanotechnology. 2002. V. 13, № 3. P. 318-323.

7. Psuja P., Hreniak D., Strek W. Rare-earth doped nanocrystalline phosphors for field emission displays // Journal of Nanomaterials. 2007. Article ID 81350. Mode of access: http://www.hindawi. com/journals/jnm/2007/081350/ref/. Date of access: 07.08.12.

8. Jayaramaiah J.R., Jayaramaiah R., Lakshminarasappa B.N., Nagabhushana B.M. Luminescence studies of europium doped yttrium oxide nano phosphor // Sensors and Actuators B: Chemical. 2012. V. 173. P. 234-238.

9. Anh T.K., Loc D.X., Huong T.T., Vu N., Minh L.Q. Luminescent nanomaterials containing rare earth ions for security printing // Int. J. Nanotechnology. 2011. V. 8, № 3-5. P. 335-346.

10. Gupta A., Brahme N., Prasad Bisen D. Electroluminescence and photoluminescence of rare earth (Eu,Tb) doped Y2O3 nanophosphor // J. Luminescence. 2014. V. 155. P. 112-118.

11. Hitz B. Yb:Y2O3 ceramic laser generates 4.2 W// Optics Letters. 2004. № 6. P. 1212-1214.

12. Беляков А.В., Лемешев Д.О., Лукин Е.С., Вальнин Г.П., Гринберг Е.Е. Оптически прозрачная керамика на основе оксида иттрия с использованием карбонатных и алкоксидных прекурсоров // Стекло и керамика. 2006. №. 8. С. 17-19.

13. Chi L.S., Liu R.S., Lee B.J. Synthesis of Y2O3:Eu, Bi red phosphors by homogeneous coprecipitation and their photoluminescence behaviors // Electrochem. Soc. 2005. V. 152. №. 8. Р. J93-J98.

14. Pan Y., Wu M., Su Q. Comparative investigation on synthesis and photoluminescence of YAG:Ce phosphor // Materials Science and Engineering B. 2004. V. 106. № 3. P. 251-256.

15. Potdevin A., Chadeyron G., Boyer D., Mahiou R. Sol-gel based YAG:Ce3+ powders for applications in LED devices // Physica Status Solidi C: Current Topics in Solid State Physics. 2007. V. 4. № 1. P. 65-69.

16. Zhang Z., Feng J., Huang Z.Synthesis and characterization of BaMgAl10O17:Eu2+ phosphor prepared by homogeneous precipitation // Particuology. 2010. V. 8. № 5. P. 473-476.

17. Пермин Д.А. Получение особо чистых нанопорошков оксида иттрия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: дис. ...канд. хим. наук. М., 2011. 101 c.

18. Kim I.S., Kim G.B., Jo M.Y. Process for amorphous complex oxide precursors and products produced therefrom: pat. US 6274110 B1, KR: Seoul, KR; publ. date: 14.08.2001.

19. Anh T. K., Benalloul P., Barthou C., thiKieu L. G., Vu N., Minh L.Q. Luminescence, energy transfer, and upconversion mechanisms of Y2O3 nanomaterials doped with Eu3+, Tb3+, Tm3+, Er3+ and Yb3+ Ions // J. Nanomaterials. 2007. Article ID 48247. Mode of access: http://www.hindawi.com/journals/jnm/2007/048247/abs/. Date of access: 07.08.14.

20. Помелова Т.А., Баковец В.В., Корольков И.В., Антонова О.В., Долговесова И.П. Об аномальной эффективности люминесценции субмикронного фосфора Y2O3:Eu3+ // Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 12. С. 2410-2419.