1. Luminescence efficiency of cerium-doped yttrium aluminum garnet ceramics formed by radiation assisted synthesis
- Author
-
Gulnur Alpyssova, Victor Lisitsyn, Mikhail Golkovski, Dossymkhan Mussakhanov, Zhakyp Karipbayev, Tatyana Grechkina, Dana Karabekova, and Artem Kozlovskiy
- Subjects
Energy Engineering and Power Technology ,синтез у полі радіації ,Industrial and Manufacturing Engineering ,синтез в поле радиации ,люмінесценція ,white leds (light-emitting diode) ,Management of Technology and Innovation ,luminescence ,T1-995 ,Industry ,Electrical and Electronic Engineering ,люминофор ,synthesis in the radiation field ,yttrium-aluminum garnet ,Technology (General) ,Applied Mathematics ,Mechanical Engineering ,HD2321-4730.9 ,люмінофор ,иттрий-алюминиевый гранат ,Computer Science Applications ,ітрій-алюмінієвий гранат ,Control and Systems Engineering ,люминесценция ,білі світлодіоди ,phosphors ,белые светодиоды - Abstract
The variety of applications of yttrium-aluminum garnet (YAG)-based luminescent materials and the morphology necessary for these purposes required the development of many technologies for their synthesis. All synthesis technologies used are complex. The structural phase of yttrium-aluminum garnet is formed with any technology, at temperatures exceeding 1,500 °C. The starting materials for the synthesis are metal oxides of aluminum, yttrium and other oxides for activation and modification. It seems possible to use hard radiation to form a new phase. Radiation synthesis of ceramics is realized in less than 1 s, without the use of any additives and influences. The synthesis was carried out at the electron accelerator of the Institute of Nuclear Physics (Novosibirsk). In this work, we studied the spectral-kinetic and quantitative characteristics of luminescence for the first time obtained by the method of radiation synthesis of ceramic samples of yttrium-aluminum garnet doped with cerium with statistical processing of their values. The dependences of the reproducibility of the spectral characteristics of the luminescence of the samples on the preliminary preparation of the charge for synthesis have been investigated. Several cycles of luminophore brightness studies have been performed. It is shown that the obtained ceramics based on yttrium-aluminum garnet doped with cerium possesses the required spectral-kinetic properties, and the efficiency of conversion of the chip radiation into luminescence is achieved, which is comparable to that available in commercial phosphors. The maximum measured values of the position of the bands are from 553.5 to 559.6 nm. Brightness values range from 4,720 to 1,960 cd/m2. It was found that the main reason for the scatter in the characteristics of the luminescent properties of ceramics of yttrium-aluminum garnet, activated by cerium obtained by radiation assisted synthesis is the high rate of synthesis and, especially, the high rate of cooling of the samples., Разнообразие применений люминесцирующих материалов на основе иттрий алюминиевого граната ИАГ и нужной для этих целей морфологии потребовало разработки множества технологий их синтеза. Все используемые технологии синтеза сложны. Структурная фаза иттрий-алюминиевого граната формируется при любых технологиях, при температурах, превышающих 1500°C. Исходными материалами для синтеза являются оксиды алюминия, иттрия и других для активации и модификации. Представляется возможным использование жесткой радиации для формирования новой фазы. Радиационный синтез керамики реализуется за время меньше 1с, без использования каких-либо добавок и воздействий. Синтез осуществлялся на ускорителе электронов Института ядерной физики (г. Новосибирск). Проведены исследования спектрально-кинетических и количественных характеристик люминесценции впервые полученных методом радиационного синтеза образцов керамики иттрий-алюминиевого граната активированного церием со статистической обработкой их значений. Исследованы зависимости воспроизводимости спектральных характеристик люминесценции образцов от предварительной подготовки шихты к синтезу. Выполнены несколько циклов исследований яркости люминофоров. Показано, что полученная керамика на основе иттрий-алюминиевого граната, активированного церием обладает необходимыми спектрально-кинетическими свойствами, достигнута эффективность преобразования излучения чипа в люминесценцию, сопоставимая с имеющейся в промышленных люминофорах. Предельные измеряемые значения положения полос от 553,5 до 559,6нм. Значения яркости находятся в пределах от 4720 до 1960кд/м2. Установлено, что основной причиной разброса характеристик люминесцентных свойств керамик иттрий-алюминиевого граната, активированного церием, полученной путем радиационного синтеза является высокая скорость синтеза и, особенно, высокая скорость охлаждения образцов, Різноманітність застосувань люмінесціюючих матеріалів на основі ітрій-алюмінієвого гранату (ІАГ) та необхідної для даних цілей морфології викликала необхідність розробки безлічі технологій їх синтезу. Всі використовувані технології синтезу складні. Структурна фаза ітрій-алюмінієвого гранату формується за будь-яких технологій, при температурах, що перевищують 1500 °C. Вихідними матеріалами для синтезу є оксиди алюмінію, ітрію та інших металів для активації та модифікації. Можливе використання жорсткого випромінювання для формування нової фази. Радіаційний синтез кераміки здійснюється менш ніж за 1 с, без використання будь-яких добавок і впливів. Синтез проводився на прискорювачі електронів Інституту ядерної фізики (м. Новосибірськ). Проведено дослідження спектрально-кінетичних та кількісних характеристик люмінесценції вперше отриманих методом радіаційного синтезу зразків кераміки на основі ітрій-алюмінієвого гранату активованого церієм зі статистичною обробкою їх значень. Досліджено залежності відтворюваності спектральних характеристик люмінесценції зразків від попередньої підготовки шихти до синтезу. Виконано кілька циклів досліджень яскравості люмінофорів. Показано, що отримана кераміка на основі ітрій-алюмінієвого граната, активованого церієм має необхідні спектрально-кінетичні властивості, досягнута ефективність перетворення випромінювання чіпа в люмінесценцію, порівнянна з наявною в промислових люмінофорах. Граничні вимірювані значення положення смуг становлять від 553,5 до 559,6 нм. Значення яскравості знаходяться в межах від 4720 до 1960 кд/м2. Встановлено, що основною причиною розкиду характеристик люмінесцентних властивостей кераміки на основі ітрій-алюмінієвого гранату, активованого церієм, отриманої шляхом радіаційного синтезу є висока швидкість синтезу і, особливо, висока швидкість охолодження зразків.
- Published
- 2021