Nadir Toprak Elementleri (Eu, Er, Dy, Sm) ile Katkılandırılmış

Stronsiyum Boralüminat Seramiklerinin Sentezi ve

Lüminesans Özelliklerinin İncelenmesi

M. AYVACIKLI, Ġ.ġABĠKOĞLU, A.EGE, N.CANCelal Bayar Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, MANİSA

Lümidoz – IV

20 – 23 Eylül 2010

Seramik Nedir?

Seramikler, biri metal olmayan en az iki elementin sıcaklık ve bazen basınç

yardımıyla biçimlendiği katı bileĢikler olarak tanımlanabilmektedir*.

BaTiO3 YBa2Cu2O3 ZrB2 TiC

* Michael W Barsoum, Fundamentals of Ceramics, IOP 2003.

Başlıca Seramik Üretim Metotları

• Katıhal reaksiyonu

• Sol-gel metodu

• TutuĢma (Combustion) metodu

• Czochralski metodu

Polikristal elde edilir. Yüksek sıcaklık fırını ve çoğu zaman indirgenmiĢ atmosfer kullanılır.

Yüksek saflıkta tek kristal elde edilir. Kimyasal hazırlık prosedürü uzun sürer.

Nanokristaller oluĢturmak için kullanılan bir metottur.

Tek kristal oluĢturmak için kullanılan bir metotdur. Özel bir fırın tasarımı vardır.

Boralüminat Seramiklerin Avantajları

Y.Li, P.Niu, C.Tang, L. Hu, Blue-exited luminescence of Eu-doped strontium boroaluminate glasses, Journal of Luminescence 128 (2007)

Boralüminat seramikler,

• Nadir toprak elementlerinin içerisinde çözünebilirliğinin yüksek olması,

• Kimyasal yapıları uzun süre bozulmadan kalabilir.

• Yüksek sertliğe sahiptir

• IĢık geçirgenliği yüksektir.

• Kızılötesi bölgede yüksek geçirgenliğe sahip olmaları nedeniyle optoelektronik

uygulamalarda kullanılırlar.

Gaz karıĢtırma sistemi, ona bağlı

H2 gazı tüpü ve solda yüksek

sıcaklık tüp fırını.

Laboratuar Kurulumu

Glowbox ve içindeki analitik terazi.

Stronsiyum Boralüminat (SrBA) Seramiklerin Sentezlenmesi

Sentezlenecek olan SrBA örnekler için 2SrO–Al2O3–B2O3–%1 NTE kompozisyonu

kullanılmıĢtır (NTE: Eu,Er, Dy ve Sm oksitleri).

Ham materyallerin tümü yüksek saflıkta olacak Ģekilde (%99,99)

Ev sahibi materyal için : SrO, Al2O3 ve H3BO3,

Katkı iyonları olarak : Eu2O3, Dy2O3, Sm2O3 ve Er2O3 kullanılarak her örnek yaklaĢık 2g

hazırlanmıĢtır.

Ham materyaller platin kroze ile yüksek sıcaklık fırınına yerleĢtirilmiĢ. ĠndirgenmiĢ

atmosfer altında (%15H2 %85N2) , 2 saat 1650 C’de tutulmasının ardından 24 saatte

oda sıcaklığına düĢürülerek sentezlenmiĢtir.

Tüm örneklerde aynı iĢlem uygulanarak, Katkısız SrBA, SrBA:Eu+2, SrBA:Dy+2,

SrBA,Sm+3 ve SrBA:Er+2 Seramikleri sentezlenmiĢtir.

Stronsiyum Boralüminat (SrBA) Seramiklerin Sentezlenmesi

SrBA:Eu+2 SrBA:Er+2 SrBA:Sm+3 SrBA:Dy+2

Katkısız SrBA

Sentezlenen SrBA seramik örneklere;

X-IĢını Kırımı

Örneklerin üzerinde günıĢığı ve UV ile oluĢabilecek etkinin ortadan kaldırılması

için tavlama yapıldı.

10 Dakika Sr-90 Beta radyasyonuna bırakıldıktan sonra,

2 C/s ısıtma hızında 50-600 ˚C arasında TL ölçümü alındı.

10 Dakika 313 nm UVB radyasyonuna maruz bırakıldı ve

2 C/s ısıtma hızında TL ölçümleri gerçekleĢtirildi.

Sentezlenen SrBA Örneklerde Gerçekleştirilen Ölçümler

X-Işını Kırınımı (XRD) Ölçüm Sonuçları

20 30 40 50

2 (derece)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Şid

de

t (c

ps)

Oda sıcaklığında Er katkılı SrBA örneğin XRD spektrumu

SrBA:Er

SrAl2O4

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık ( C)

0

1e+006

2e+006

3e+006

4e+006

5e+006

6e+006

7e+006

8e+006

9e+006

1e+007

1e+007

TL

Şid

de

ti (

bir

imsiz

)

x10

SrBA Katkısız

SrBA:Eu

SrBA:Er

SrBA:Sm

SrBA:Dy

10dk Beta Uyartımı Altında

SrBA Örneklerin TL Ölçümleri

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık ( C)

0

1e+007

2e+007

3e+007

4e+007

TL

Şid

deti (

birim

siz

)

x10

SrBA Katkısız

SrBA:Eu

SrBA:Er

SrBA:Sm

SrBA:Dy

10dk UVB uyartım Altında

SrBA Örneklerin TL Ölçümleri

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık ( C)

0.0E+000

5.0E+006

1.0E+007

1.5E+007

2.0E+007

2.5E+007

3.0E+007

TL

Şid

deti (

birim

siz

)

10dk UVB uyartım SrBA:EU (1mol B)

10dk Beta uyartım SrBA:Katkısız

10dk Beta uyartım SrBA:Eu (1mol B)

Eu katkılı SrBA Termolüminesans Ölçümü

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık ( C)

0.0E+000

1.0E+006

2.0E+006

3.0E+006

4.0E+006

5.0E+006

6.0E+006

7.0E+006

8.0E+006

9.0E+006

1.0E+007

1.1E+007

TL

Şid

deti (

birim

siz

)

Er katkılı SrBA Termolüminesans Ölçümü

5dk UVB uyartım SrBA-Katkısız

10dk UVB uyartım SrBA:Er

10dk Beta uyartım SrBA:Katkısız

10dk Beta uyartım SrBA:Er

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık ( C)

0.0E+000

1.0E+006

2.0E+006

3.0E+006

4.0E+006

TL

Şid

de

ti (

bir

imsiz

)

Sm katkılı SrBA Termolüminesans Ölçümü

10dk UVB uyartım SrBA:Sm

10dk Beta uyartım SrBA:Katkısız

10dk Beta uyartım SrBA:Sm

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık ( C)

0.0E+000

1.0E+008

2.0E+008

3.0E+008

4.0E+008

TL

Şid

deti (

birim

siz

)

Dy katkılı SrBA Termolüminesans Ölçümü

5dk UVB uyartım SrBA-Katkısız

10dk UVB uyartım SrBA:Dy

10dk Beta uyartım SrBA:Katkısız

10dk Beta uyartım SrBA:Dy

0

10000000

20000000

30000000

40000000

50000000

60000000

SrBA SrBA:Er SrBA:Eu SrBA:Sm SrBA:Dy

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

Beta uyartımı altında, Katkılı SrBA seramiklerin pik maksimumlarının TL Ģiddetlerinin ve

Pik sıcaklıklarının karĢılaĢtırılması

83 C

93 C

543 C 138 C

179 C

0

50000000

100000000

150000000

200000000

250000000

300000000

350000000

SrBA SrBA:Er SrBA:Eu SrBA:Sm SrBA:Dy

Termolüminesans Ölçüm Sonuçları

UV uyartımı altında, Katkılı SrBA seramiklerin, TL Ģiddetlerinin pik maksimumlarının ve

Pik sıcaklıklarının karĢılaĢtırılması

104 C

529 C

104 C

Sonuç ve Tartışma

Bu çalıĢmada Sentezlenen SrBA örneklerin içinde hem Beta hem de UV uyartım altında

en yüksek TL parıldama Ģiddetini Dy iyonu içeren örneğin verdiği görülmektedir.

Ġlerleyen çalıĢmalarla,

Katkı iyonlarının konsantrasyonlarının değiĢtirilerek oluĢturulmuĢ örneklerin

Lüminesans özelliklerindeki değiĢimin incelenmesi,

Evsahibi elementlerin konsantrasyonlarında yapılacak değiĢikliğin lüminesans

özelliklerine etkisinin incelenmesi,

Dy iyonun yanında yeni ek katkıların eklendiği SrBA örneklerin sentezlenerek

lüminesans özelliklerinin araĢtırılması,

TL ölçümlerinde stabilite ve doz cevabı araĢtırmaları yapılması, sentezlenen

örneklerin radyolüminesans ve fotolüminesans spektrumlarının incelenmesi

planlanmaktadır.

Teşekkürler

Referanslar

1. J. Kuang, Y. Liu, J. Zhang, L. Huang, J. Rong, D. Yuan, Blue-emmitting long-lastingphosphor, Sr3Al10SiO20:Eu2+,Ho3+, Solid State Comminications 136(2005) 6-10,2005.

2. J. Niittykoski, T. Aitasalo, J. Hölsä, H. Jungner, M. Lastusaari, M. Parkkinen, M.Tukia, Effect of boron substitution on the preparation and luminescence, of Eu2+doped strontium aluminates, Journal of Alloys and Compounds 374, 108–111, 2004.

3. R. Sankar*, G.V. Subba Rao, Luminescence studies on doped borates, A MM9(BO )636, Journal of Alloys and Compounds 281, 126–136, 1998.

4. Y.Li, P.Niu, C.Tang, L. Hu, Blue-exited luminescence of Eu-doped strontiumboroaluminate glasses, Journal of Luminescence 128 (2007) 273-276, 2007.

5. D. Jia, Charging curves and excitation spectrum of long persistent phosphorSrAl2O4:Eu2+, Dy3+, Optical Materials 22 (2003) 65-69, 2003.

6. V.Chernov, R.Meléndez, M.Pedroza,W.N.Yen, M.Barboza, The behavior of thermallyand optically stimulated luminescence of SrAL2O4:Eu2+, Dy3+, RadiationMeasurements 43 (2008) 241-244. 2008.

7. C.K. Chang, L.Jiang, D.L. Mao, C.L. Feng, Photoluminescence of 4SrO.7Al2O3ceramics sintered with the aid of B2O3, Ceramics International 30 (2004) 285-290,2004.

8. W.Jia, H.Yuan,L. Lu, H. Liu, W. M. Yen, Crystal growth an characterization of Eu2+,Dy3+:SrAl2O4 and Eu2+, Nd3+:CaAl2O4 by the LHPG method, Journal of CrystalGrowth 200 (1999) 179-184, 1999.

9. L. Yuhuan, L. Rushi, New Rare-Earth Containing (Sr1-yEuy)2Al2Si10N14O4Phospors for Light-Emmitting diyotes, Jornal of Rare Earths 25 (2007) 392-395,2007.

10. O. Arellano, R. Melendez, M. Pedroza, B.Castaneda, V.Chernov, W.M. Yen, M.Barboza, Persistent luminescence dosimetric properties of UV-irradietedSrAl2O4:Eu2+,Dy3+ phosphor, Journal of Luminescence 128 (2008) 173-184, 2008.

11. Michel W Barsoum, Fundamentals of Ceramics, IOP 2003.

12. C. A. J. Fisher, Theory, Simulation And Design Of Advanced Ceramics And

Composites, Max-Planck-Institut Für Metallforschung Stuttgart.

13. P.C. Becker, N.A. Olsson, J.R. Simpson, Erbium Dopped Fiber Amplifiers,

Academic Pres, 1999.

100 200 300 400 500 600

Sıcaklık (C)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

TL

Şid

de

ti (

Bir

imsiz

)

10 dk Beta Uyarım Altında

Termolüminesans Ölçümleri (Normalize)

SrBA Katkısız

SrBA : Eu katkılı (%5 B)

SrBA : Eu (%1 B)

SrBA : Er

SrBA : Sm

SrBA : Dy

0

200

400

600

800

1000

1200

52

74

96

11

8

14

1

16

3

18

5

20

7

22

9

25

0

27

2

29

5

31

7

33

9

36

1

38

3

40

5

42

7

44

9

47

1

49

3

51

6

53

8

56

0

58

2

SBA-Eu1 UVB

SBA-Eu2 UV

SBA-Er UVB2

SBA-Sm UVB

SBA-Dy UVB

10 dakika UVB radyasyonuna maruz bırakılmıĢ SrBA örnek

Sıcaklık (C)

TL

ġiddeti

(birimsiz)

Sıcaklık (C)

100 200 300 400

Tl Ş

iddeti (

birim

siz

)

0

20

40

60

80

100

120

30 dakika Sr-90

25 dakika günışığı

Sentezlenen SrBA:Eu+2

örneğin farklı uyarımlar

altında TL spektrumu.

Farklı konsantrasyonda

bor içeren örneklerin TL

spektrumları [2].

Kırınım Açısı 2Derece

15 20 25 30 35 40 45

XR

D Ş

idd

eti (

Birim

siz

)

0

100

200

300

400

500