Управління випромінюванням люмінесцентних скло-керамічних нанокомпозитів

Анотація

У композиційних матеріалах типу «суміш», які, як відомо, складаються із матриці та наповнювача, внаслідок взаємодії зазначених компонент, між матрицею та частинками наповнювача можуть утворюватися перехідні шари (міжфази). Міжфазні шари мають відмінний від матриці і наповнювача хімічний склад та нові не властиві вихідним компонентам просторову і енергетичну структури. Як наслідок, властивості перехідних шарів можуть суттєво відрізнятися від властивостей як матриці, так і наповнювача. Роль міжфазних шарів тільки посилюється, коли розміри частинок наповнювача зменшуються до нанорозмірних, а їх концентрація зростає. За таких умов, вплив міжфазних шарів на властивості композиту зростає і, може, навіть, домінувати. Наведені міркування лежать в основі запропонованого нами способу управління (інжинірингу) властивостями композиційних матеріалів. У цій роботі представлено результати дослідження проявів міжфазних шарів у люмінесцентних властивостях нанокомпозитів типу «склокераміка», що сформовані оксидним склом: mK₂O-kP₂O₅-nB₂O₃:xPb-yEu  (матриця) та оксидною люмінесцентною полікристалічною сполукою KCa(BO₃)₃, легованою іонами Eu³⁺ (наповнювач).  Тут, також, обговорено можливість використання таких взаємодій для управління довжиною хвилі люмінесценції досліджених склокерамік.  Морфологію, структуру та оптичні властивості виготовлених склокерамік досліджено методами електронної мікроскопії (СЕМ),  рентгенівської дифрактометрії (РФА) та фотолюмінесценції (ФЛ), відповідно. СЕМ зображення стекол є типовими для склоподібних речовин, а в зображеннях склокераміки можна бачити мікро/нанорозмірні кристаліти оксиду KCa(BO₃)₃, вмонтовані в тіло скляної матриці. РФА - спектри стекол виявили широкі смуги розсіяння характерні для аморфних середовищ, тоді як в спектрах склокерамік, окрім згаданих смуг, спостерігаються вузькі піки, властиві кристалам наповнювача. Широкосмугові спектри власної ФЛ, яка охоплює увесь діапазон видимого світла, спостерігалися при фотозбудженні скла. Натомість у склокераміках власне випромінювання скла послаблюється, а домінує там лінійчате випромінювання, обумовлене f-f переходами в іонах Eu³⁺. Детальний аналіз характеристик цього випромінювання показав, що в склокераміках  іони Eu³⁺ можна розділити на три типи: ті, що знаходяться в кристалічних частинках, у склі та в міжфазному шарі. Спектральні характеристики ФЛ зазначених типів іонів помітно відрізняються, що надає можливість управління спектрами випромінювання досліджених склокерамік шляхом зміни внеску міжфазного шару до повного спектра люмінесценції склокераміки.

Ключові слова: оксид, склокераміка, фаза, нанокомпозит, фотолюмінесценція