Studii privind sinteza si caracterizarea unui luminofor pe

Studii privind sinteza si caracterizarea unui luminofor pe baza de aluminat de ytriu dopat cu ceriu, cu proprietati controlate Elisabeth-Jeanne POPOVICI 1 , Marius MORAR 1, Laura MURESAN 1, Ecaterina BICA 1, Lucian BARBU-TUDORAN 2 si Emil INDREA 3 1 Institutul de Cercetari in Chimie Raluca Ripan, Universitatea Babes Bolyai, 400294 Cluj-Napoca; epopovici@chem. ubbcluj. ro 2 Centrul de Microscopie Electronica, Universitatea Babes Bolyai, 400028 Cluj- Napoca 3 Institutul National C&D pentru Tehnologii Izotopice si Moleculare, 400298 Cluj-Napoca 1. Introducere v. Aluminatul de ytriu dopat cu ceriu cu structura de granat Y 3 Al 5 O 12: Ce (YAG: Ce) este utilizat pe larg in optoelectronica (LED, FED, PDP) sau dozimetrie (TLD). Prepararea YAG : Ce impune un control riguros al conditiilor de sinteza care sa asigure obtinerea unor pulberi cu structura cristalina, granulatie si proprietati luminescente definite, adaptate domeniului de utilizare. v. Luminoforul YAG: Ce se prepara de obicei prin reactie in stare solida- SSR care implica multiple cicluri macinare-calcinare la temperaturi mari (>1500 C). Metodele alternative, i. e. sol-gel, combustie sau sinteza pe cale chimica umeda-WCS se bazeaza pe scaderea numarului de cicluri si coborarea temperaturii, prin folosirea unui precursor omogen, inalt dispers. v. Lucrarea este focalizata pe prepararea, prin reactie in stare solida si respectiv pe cale chimica umeda, a probelor de luminofor YAG : Ce(SSR) si YAG : Ce (WCS) cu proprietati morfo-structurale si luminescente controlate. Metodele implica prepararea prealabila, prin precipitare, a unor pulberi inalt disperse de precursor, folosind tehnica adaosului simultan al reactantilor- Sim. Add (metoda originala) i. e. v S-au sintetizat probele de luminofor: § tip YAG : Ce (WCS) prin calcinarea, in prezenta fondantului, a unui precursor YCe-Al preparat prin precipitarea speciilor Y 3+, Ce 3+, Al 3+ cu uree. § tip YAG: Ce (SSR) prin calcinarea, in prezenta fondantului, a unui amestec format din Y 2 O 3, Ce(NO 3)3 si un precursor de Al, preparat prin descompunerea hidrolitica a speciilor [Al(OH)4]-. v Culorea de emisie s-a reglat/modulat prin: § utilizarea unor luminofori de corectie, pentru probe tip YAG: Ce (SSR) aplicatii in iluminatul special; § substitutia partiala/totala a ionilor Y 3+ cu Gd 3+, pentru probe tip YAG: Ce(WCS) aplicatii in optoelectronica

2. Prepararea si caracterizarea luminoforului tip YAG: Ce (SSR) Prepararea luminoforului tip YAG: Ce ( SSR ) Na. OH H 2 O Al Na[Al(OH)4] Control p. H, debit HNO 3 Precipitare Sim-Add Al. O(OH) Y 2 O 3 Omogenizare 1200 -14000 C /N 2 Ce(NO 3)3 Fondant §Fotoluminescenta Emisie PL si Excitare PLE (Spectrofluorimetru JASCO 6500 Wavel) §Structura cristalina XRD (Difractometru BRUKER D 8 ADVANCE; radiatia Cu. K ; Difractometru DRON 3 M; radiatia Co. K • Morfologia particulelor SEM (Microscop JEOL–JSM 5510 LV; pelicula Au); TEM (Microscop JEM JEOL 1010; Dispersie US). Sinteza termica Luminofor YAG-Ce Y 3 Al 5 O 12: Ce(3%) Al Caracterizarea materialelor Na[Al(OH) 4] Y 2 O 3 + Al. O(OH) + Ce(NO 3)3 Proprietati luminescente Al. O(OH) ∆T YAG: Ce Y 2. 97 Ce 0. 03 Al 5 O 12 Caracterizarea morfo- structurala Tranzitii electronice in Ce 3+ Spectrele PLE si PL ale unei probe tip YAG: Ce(SSR) [Ipk 450=15*Ipk 254] Precursor Al. O(OH) Proba tip YAG: Ce (SSR) Imagini TEM si SEM ale nanopulberii de precursor si probei YAG: Ce (SSR) Difractograma de raze X a probei tip YAG: Ce (SSR)

3. Prepararea si caracterizarea luminoforului tip YAG: Ce (WCS) Prepararea luminoforului tip YAG: Ce ( WCS ) Proprietati luminescente Spectrele PLE si PL ale unei probe tip YAG: Ce(WCS) Caracterizarea morfo-structurala Parametrii microstructurali in seria YAG: Ce –GAG: Ce Proba a[nm] V [nm 3] D[nm] E YAG YGAG (25% Gd) 1. 2017 1. 2030 1. 7355 1. 7409 93. 16 64. 69 0. 00058 0. 00079 YGAG (50%Gd) 1. 2045 1. 7475 36. 20 o. 00096 YGAG(75%Gd) 1. 2083 1. 7642 23. 95 0. 00280 GAG 1. 2106 1. 7743 96. 96 0. 00039 Y 3 Al 5 O 12 (teor) Gd 3 Al 5 O 12(teor) PDF 79 -1892, cubic; a=1. 2016 nm PDF 73 -1371, cubic; a=1. 2113 nm Spectrele PL ale probelor tip YGAG: Ce(WCS) Precursor Gd-Ce-Al Proba tip GAG: Ce(WCS) Precursor Y-Ce-Al Proba tip YAG: Ce(WCS) Imagini SEM ale precursorilor si probelor, ruta WCS Variatia pozitiei peak-ului si a intensitatii de emisie a probelor YAG: Ce, YGAG: Ce, GAG: Ce (WCS) in functie de continutul de gadoliniu

5. Caracteristici cromatice ale luminoforilor YAG: Ce. Aplicatii YTA 6 YAG YGAG(25%) YAG YGAG(50%) YAG-YTA YGAG(75%) YTA 5 Coordonatele tricromatice ale YAG: Ce (SSR) la excitare cu radiatii UV-254 nm. Culoarea de emisie corectata cu luminofori pe baza de YTa. O 4. Utilizare: confectionarea tuburilor de descarcare in gaze, pentru reclame luminoase (CBI a 2008 00781) Cod YAG: Ce YTA 5 YTA 6 YAG-YTA Compozitie Y 3 Al 5 O 12: Ce YTa. O 4: Eu YTa. O 4: Tb Y 3 Al 5 O 12: Ce +YTa. O 4: Tb +YTa. O 4: Eu Coordonate x=0. 3485 y=0. 5889 x=0. 5718 y=0. 3184 x=0. 2876 y=0. 5940 x=0. 3811 y=0. 5478 GAG Coordonatele tricromatice ale YAG: Ce(WCS) la excitare cu radiatii Vis-450 nm. Culoarea de emisie corectata prin adaos de gadoliniu. Utilizare: confectionarea LED- urilor cu lumina alba (CBI a 2008 00782) Cod YAG: Ce (WCS) YGAG: Ce(25%Gd) YGAG: Ce(50%Gd) YGAG: Ce(75%Gd) GAG: Ce Tuburi de descarcare in gaze- GDT confectionate cu luminofor YAG sau YAG-YTA Compozitie Gd 2. 97 Ce 0. 03 Al 5 O 12 Y 2. 22 Gd 0. 75 Ce 0. 03 Al 5 O 12 Y 1. 47 Gd 1. 5 Ce 0. 03 Al 5 O 12 Y 0. 72 Gd 2. 25 Ce 0. 03 Al 5 O 12 Coordonate x=0. 3137 y=0. 6292 x=0. 3560 y=0. 6106 x=0. 3783 y=0. 5982 x=0. 3997 y=0. 5847 x=0. 4142 y=0. 5743 Diode emitatoare de lumina alba –LED-uri confectionate cu luminofor YAG: Ce 5. Concluzii v. S-au obtinut probe de luminofori tip YAG: Ce cu proprietati morfostructurale si luminescente armonizate cu cerintele domeniului de utilizare i. e. optoelectronica (LED) sau iluminat special (GDT); v. Prepararea luminoforilor tip YAG: Ce s-a facut prin reactie in stare solida-SSR si respectiv sinteza chimica umeda, WCS, prin utilizarea unor nanoprecursori obtinuti prin precipitare, prin tehnica adaosului simultan al reactantilor, Sim. Add; v. Culoarea de emisie a fost modulata prin: a) amestecarea YAG: Ce(SSR) cu luminofori de corectie (tip YTA ); b) inlocuirea partiala/totala a ionilor Y 3+ din YAG: Ce(WCS), cu Gd 3+, prin formarea solutiei solide Y 3 Al 5 O 12: Ce - Gd 3 Al 5 O 12: Ce. Multumiri: Cercetarile au fost finantate de ANCS (pr. CEEX 31/2005 /Matnantech; pr. IDEI-2488/CNCSIS