Synteza i badania fizykochemiczne nanoluminoforów opartych o modyfikowany tlenek cynku i borany lantanowców

Abstract

Głównym celem pracy doktorskiej była synteza nanomateriałów t.j.: modyfikowanego tlenku cynku oraz boranów pierwiastków ziem rzadkich domieszkowanych jonami lantanowców oraz dodatkowo jonami Mg2+ i Li+, a w dalszym etapie przeprowadzenie analizy struktury, morfologii oraz badanie właściwości fotofizycznych otrzymanych nanoluminoforów. W celu uzyskania jednofazowych nanoproszków o wysokiej krystaliczności i homogeniczności wybrano kilka metod syntezy. Są to: zol-żelowa metoda Pechniego, reakcja w warunkach hydrotermalnych, współstrącanie oraz proces samospaleniowy. Otrzymano zmodyfikowany tlenek cynku domieszkowany różnymi jonami, tj. Eu3+, Gd3+ lub Mg2+ i Li+, charakteryzujący się czerwoną luminescencją. W celu uzyskania opisywanego luminofora zastosowano zol-żelową metodę Pechiniego, hydrotermalną oraz samospaleniową. Zsyntetyzowano również szereg nanoluminoforów, boranów pierwiastków ziem rzadkich domieszkowanych jonami Eu3+ i Tb3+. W oparciu o analizę struktury metodą Rietvelda, określono dwie nowe grupy przestrzenne dla próbek Gd1-xEuxBO3 otrzymanych metodą Pechiniego i hydrotermalną. Na widmach wzbudzenia obserwowano intensywne pasma związane z przeniesieniem pomiędzy O2- i Eu3+, który zapewniał najbardziej wydajne wzbudzenie emisji nanomateriałów. Natomiast widma emisji, charakteryzowały się typowymi pasmami związanych z emisją jonu lantanowca. Na podstawie obliczeń wydajności kwantowej określono najbardziej wydajny nanoluminofor, t.j. Gd1-xEuxBO3, domieszkowany jonami Eu3+, otrzymany metodą hydrotermalną. The main goal of the doctoral thesis was the synthesis of nanomaterials, such as: modified zinc oxide and rare earth borates doped with lanthanide ions and additional ions, Mg2+ and Li+, and further, analysis of the structure, morphology and photophysical properties of the obtained nanophosphors. In order to obtain single-phase nanopowders with high crystallinity and homogeneity several methods of synthesis were selected. These are: the sol-gel Pechni method, the synthesis under hydrothermal conditions, co-precipitation and combustion reaction. The modified zinc oxide doped with different ions, i.e. Eu3+, Gd3+ or Mg2+ and Li+, characterized by red luminescence, was obtained. In order to obtain the phosphor sol-gel Pechini method, hydrothermal and combustion reaction was used. A series of nanoborates doped with Eu3+ and Tb3+, were also produced. Based on the Rietveld method of structure analysis, two new space groups for the samples Gd1-xEuxBO3 obtained by the Pechini and hydrothermal method, were determined. In the excitation spectra the intense bands associated with transfer between O2-and Eu3+, which provide the most efficient excitation of emission of nanomaterials. The emission spectra, presented the typical bands characteristic for the lanthanide ion emission. On the basis of the quantum yield calculations the most efficient nanophosphor, Gd1-xEuxBO3 obtained by hydrothermal method, was selected.