No temperatūras atkarīga gadolīnija jonu iebūvēšanās kalcija fluorīda oksifluorīdu stikla keramikā

Abstract

Caurspīdīga, ar retzemju joniem aktivēta oksifluorīdu stikla keramika ir potenciāla alternatīva augstas efektivitātes luminiscējošu materiālu izstrādē. Kristāliskā fāze keramikā ir iemesls paaugstinātai luminiscences efektivitātei salīdzinājumā ar stiklu. Šādā materiālā ir aktuāli kontrolēt aktivatoru iebūvēšanos kristāliskajā fāzē. Darba mērķis ir raksturot Gd(III) jonu iebūvēšanos dinamiku caurspīdīgas stikla keramikas kristāliskajā fāzē atkarībā no karsēšanas temperatūras un izvēlētā sastāva. Šajā pētījumā tika sintezēti stikli ar sekojošiem sastāviem: 46 SiO2 - 20 Al2O3 - 8 CaCO3 - 25.9 CaF2 - 0.1 GdF3 un 46 SiO2 - 20 Al2O3 - 8 CaCO3 - 20.9 CaF2 - 5 XF - 0.1 GdF3, kur X ir Li, K, Na. Paraugi tika karsēti dažādās temperatūrās un tiem tika veikta diferenciālās termiskās analīzes, rentgenstaru difrakcijas un elektronu paramagnētiskās rezonanses analīze. Tika izpētīta Gd(III) centru iebūvēšanās dinamika stikla keramikas kristāliskajā fāzē un izdarīti secinājumi par izvēlētajiem sastāviem. Rezultātā tika secināts, ka elektronu paramagnētiskās rezonanses aktīvas retzemju jonu zondes var sniegt informāciju, par kristāliskās fāzes veidošanos stikla keramikā. Iespējams arī noteikt optimālu karsēšanas temperatūru keramikai, lai iegūtu vēlamo retzemju jonu centru apkārtni.

Transparent rare earth ion doped oxyfluoride glass ceramics are potential alternative for high efficiency luminescent materials. Crystalline phase in glass ceramics is the reason for increased luminescence efficiency over glass. Therefore, it is of interest to control the incorporation of activator ions in the crystalline phase of glass ceramics. Aim of this work is to characterize Gd(III) ion incorporation dynamics in CaF2 phase of transparent glass ceramics. Following glass compositions were synthesized: 46 SiO2 - 20 Al2O3 - 8 CaCO3 - 25.9 CaF2 - 0.1 GdF3 and 46 SiO2 - 20 Al2O3 - 8 CaCO3 - 20.9 CaF2 - 5 XF - 0.1 GdF3 where X is Li, K, Na. Samples were treated at different temperatures and for each sample differential thermal analysis, electron paramagnetic resonance and X-ray diffraction analysis were carried out. Gd(III) centre incorporation dynamics in crystalline phase of glass ceramics was investigated and various ceramic compositions were compared. It was concluded that electron paramagnetic resonance active rare earth ions are excellent probes to study crystalline phase formation in glass ceramics. Also, it is possible to determine optimal glass treatment temperature to achieve selected rare earth ion centre proportions.