RU2753258C1 - Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2 - Google Patents

Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2 Download PDF

Info

Publication number
RU2753258C1
RU2753258C1 RU2020144006A RU2020144006A RU2753258C1 RU 2753258 C1 RU2753258 C1 RU 2753258C1 RU 2020144006 A RU2020144006 A RU 2020144006A RU 2020144006 A RU2020144006 A RU 2020144006A RU 2753258 C1 RU2753258 C1 RU 2753258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
smsc
scandoborate
samarium
photoluminescent material
grown
Prior art date
Application number
RU2020144006A
Other languages
English (en)
Inventor
Артем Борисович Кузнецов
Константин Александрович Кох
Надежда Георгиевна Кононова
Вячеслав Сергеевич Шевченко
Валерий Анатольевич Светличный
Екатерина Александровна Симонова
Анастасия Александровна Гореявчева
Александр Егорович Кох
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
Priority to RU2020144006A priority Critical patent/RU2753258C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2753258C1 publication Critical patent/RU2753258C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00—Boron; Compounds thereof
    • C01B35/08—Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
    • C01B35/10—Compounds containing boron and oxygen
    • C01B35/12—Borates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00—Boron; Compounds thereof
    • C01B35/08—Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
    • C01B35/10—Compounds containing boron and oxygen
    • C01B35/12—Borates
    • C01B35/128—Borates containing plural metal or metal and ammonium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7712—Borates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7759—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing samarium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к фотолюминесцентному материалу на основе скандобората самария формулы SmSc(BO3)2, излучающего свет от 566 до 708 нм, кристаллизующегося в тригональной сингонии с пространственной группой
Figure 00000015
с параметрами элементарной ячейки а = 4.8923(4)
Figure 00000016
, с = 16.3003(13)

Description

Изобретение относится к соединениям скандоборатов с общей формулой RSc(BO3)2, где R - катионы редкоземельных элементов (РЗЭ).
Будущий прогресс в науке и технике связан с внедрением новых материалов, поиск которых остается актуальной задачей до сегодняшнего дня. Одним из перспективных направлений является открытие и исследование новых сложных боратов РЗЭ, которые обладают высокой химической стабильностью, термической стойкостью и широкой областью прозрачности. Детальное изучение фазовых диаграмм RBO3-ScBO3 (R=La-Lu) приводит к обнаружению новых соединений с различным типом структуры, которые позволяют расширить класс люминофоров и нелинейно-оптических материалов, обладающих новыми интересными функциональными свойствами.
Скандобораты самария обладают целым комплексом функциональных свойств. Известно, что простые редкоземельные ортобораты SmBO3, изоструктурные кальциту, представляют собой перспективные материалы для люминофоров. Однако высокая концентрация Sm в составе SmBO3 способствует эффекту концентрационного тушения. Это явление связано со взаимодействием активных атомов друг с другом и на прямую зависит от расстояния между ними. В системе SmBO3 - ScBO3 существует соединение SmSc3(BO3)4 аналогично RSc3(ВО3)4, где R=La-Nd. [Durmanov, S. Т., et al., Binary Rare-Earth Scandium Borates for Diode-Pumped Lasers. Optical Materials 2001, 18, 243-284]. При выращивании кристаллов этого соединения на платиновую петлю из флюса 0.59LiBO2-0.41LiF при температуре 940°С получена низкотемпературная нецентросимметричная моноклинная фаза SmSc3(ВО3)4 с перемененным составом, стабильность структуры которой связана с частичным замещением Sm в позициях Sc, и ее формульный состав можно выразить в виде SmxSc4-x(BO3)4, где 0.88≤x≤1 [Kuznetsov, А. В., et al., Polymorphism in SmSc3(BO3)4: Crystal Structure, Luminescent and SHG Properties. Journal of Alloys and Compounds 27.08.2020, 851, 156825]. Материалы на основе высокотемпературной и низкотемпературной модификаций SmSc3(ВО3)4 обладают как нелинейно-оптическими, так и фотолюминесцентными свойствами. При исследовании системы SmBO3-ScBO3 методом твердофазного синтеза было получено новое соединение SmSc(BO3)2, аналогичное соединениям, обнаруженным в системах RBO3-ScBO3(R=Ho-Lu), кристаллизующие в структуре кальцита с пространственной группой
Figure 00000001
[Doi, Y.; Satou, Т.; Hinatsu, Y., Crystal Structures and Magnetic Properties of Lanthanide Containing Borates LnM(BO3)2 (Ln=Y, Ho-Lu; M=Sc, Cr). Journal of Solid State Chemistry 2013, 206, 151-157].
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, является расширение арсенала материалов на основе скандоборатов самария, обладающих фотолюминесцентными свойствами
Техническим результатом изобретения является получение нового скандобората состава SmSc(BO3)2 в системе SmBO3 - ScBO3.
Технический результат достигнут получением редкоземельного скандоборта самария SmSc(BO3)2, кристаллизующегося в тригональной сингонии с пространственной группой
Figure 00000002
и параметрами элементарной ячейки а = 4.8923(4)
Figure 00000003
, с = 16.3003(13)
Figure 00000004
, обладающего способностью излучать свет от 566 до 708 нм, и выращенный методом спонтанной кристаллизации из смеси исходных компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении.
Получен новый скандоборат SmSc(BO3)2, в котором частичное замещение Sm на Sc позволяет снизить концентрацию самария в фотолюминесцентном материале и избежать эффекта концентрационного тушения.
На фиг. 1 представлена термограмма: SmSc(BO3)2, на фиг. 2 - структура SmSc(BO3)2, кристаллизующегося в тригональной сингонии с пространственной группой
Figure 00000005
с параметрами элементарной ячейки а = 4.8923(4)
Figure 00000006
, с = 16.3003(13)
Figure 00000007
; на фиг. 3 - спектры люминесценции: а) SmSc(BO3)2, б) SmBO3 при комнатной температуре, возбуждаемый УФ-излучением с длиной волны 405 нм.
По данным ДТА температура плавления SmSc(BO3)2 соответствует 1400°С. Конгруэнтный характер плавления позволяет получать поликристаллические образцы из собственного расплава.
В структуре SmSc(BO3)2 атомы Sm и Sc занимают общую октаэдрическую позицию (Sm, Sc)O6 и формируют слои перпендикулярные с (фиг. 2а). В этих слоях октаэдры соединяются посредством плоских ВО3 треугольников (фиг. 2б), а слои между собой соединяются через общий кислород. Таким образом, среднее расстояние Sm - О - Sc составляет 3,92
Figure 00000008
, позволяющее предполагать минимальное взаимодействие между атомами РЗЭ.
Спектр люминесценции для SmSc(BO3)2 (фиг. 3а) имеет несколько типичных пиков, расположенных на 566, 602, 645, и 708 нм, которые соответствуют 4G5/2 → 6HJ (J=5/2, 7/2, 9/2 и 11/2) переходам. Два наиболее сильных пика люминесценции расположены на 602 и 645 нм и соответствуют 4G5/2 → 6Н7/2 и 4G5/2 → 6H5/2 переходам. Соединение SmBO3 не люминесцирует (фиг. 3б) из-за характерного для него концентрационного тушения.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующим примером, в котором описан способ получения поликристаллического образца SmSc(BO3)2, выращенного методом спонтанной кристаллизации из расплава исходных компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении.
Пример. Исходную смесь, состоящую из компонентов, содержащих, соответственно: оксид самария Sm2O3-6,27 г, оксид скандия Sc2O3-247 г и борную кислоту H3BO3-2,24 г, перетирали и загружали в платиновый тигель.
Тигель помещали в печь и нагревали до 1450°С со скоростью 50 град/ч. Из полученного расплава, перегретого для гомогенизации выше температуры плавления на 50 градусов, выращивали поликристаллические образцы, охлаждением до 1350°С со скоростью 20 град/ч с последующей закалкой до комнатной температуры.
Экспериментально для выращивания поликристаллических образцов определили ростовой температурный интервал от 1450°С до 1350°С. Согласно результатам твердофазного синтеза SmSc(BO3)2 фазовое равновесие не достигается даже при температурах близких к температуре плавления. На рентгенограмме отожженного образца при 1350°С с многократными перешихтовками и выдержкой в течение 5 суток идентифицировались примесные пики соединений SmSc3(ВО3)4 и SmBO3. Получение беспримесного SmSc(BO3)2 было достигнуто только после полного плавления синтезированного образца при 1450°С.
Экспериментальным путем найдены оптимальные условия для получения беспримесного поликристаллического образца соединения SmSc(BO3)2, кристаллизующегося в тригональной сингонии с пространственной группой
Figure 00000009
и параметрами элементарной ячейки а = 4.8923(4)
Figure 00000010
, с = 16.3003(13)
Figure 00000011
.
Таким образом, созданием нового соединения SmSc(BO3)2 решается задача расширения арсенала материалов, в частности, для скандоборатов самария, обладающих фотолюминесцентными свойствами.

Claims (1)

  1. Фотолюминесцентный материал на основе скандобората самария SmSc(BO3)2, излучающий свет от 566 до 708 нм, кристаллизующийся в тригональной сингонии с пространственной группой
    Figure 00000012
    с параметрами элементарной ячейки а = 4.8923(4)
    Figure 00000013
    , с = 16.3003(13)
    Figure 00000014
    , выращенный методом спонтанной кристаллизации из расплава исходных компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении.
RU2020144006A 2020-12-28 2020-12-28 Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2 RU2753258C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144006A RU2753258C1 (ru) 2020-12-28 2020-12-28 Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144006A RU2753258C1 (ru) 2020-12-28 2020-12-28 Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753258C1 true RU2753258C1 (ru) 2021-08-12

Family

ID=77349189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020144006A RU2753258C1 (ru) 2020-12-28 2020-12-28 Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753258C1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100177377A1 (en) * 2007-06-19 2010-07-15 Daniel Rytz Use of undoped crystals of the yttrium/aluminum/borate family for creating non-linear effects
CN109890940A (zh) * 2016-10-28 2019-06-14 大电株式会社 紫外线发光荧光体、发光元件和发光装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100177377A1 (en) * 2007-06-19 2010-07-15 Daniel Rytz Use of undoped crystals of the yttrium/aluminum/borate family for creating non-linear effects
CN109890940A (zh) * 2016-10-28 2019-06-14 大电株式会社 紫外线发光荧光体、发光元件和发光装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DOI Y. et al., Crystal Structures and Magnetic Properties of Lanthanide Containing Borates LnM(BO3)2 (Ln=Y, Ho-Lu; M=Sc, Cr), Journal of Solid State Chemistry, 2013, v. 206, p. 151-157. *
DOI Y. et al., Crystal Structures and Magnetic Properties of Lanthanide Containing Borates LnM(BO3)2 (Ln=Y, Ho-Lu; M=Sc, Cr), Journal of Solid State Chemistry, 2013, v. 206, p. 151-157. KUZNETSOV A.B. et al., Polymorphism in SmSc3(BO3)4: Crystal structure, luminescent and SHG properties, Journal of Alloys and Compounds, 27.08.2020, v. 851, p. 156825, DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156825. *
DURMANOV S.T. et al., Binary rare-earth scandium borates for diode-pumped lasers, Optical Materials, 2001, v. 18, p. 243-284. *
KUZNETSOV A.B. et al., Polymorphism in SmSc3(BO3)4: Crystal structure, luminescent and SHG properties, Journal of Alloys and Compounds, 27.08.2020, v. 851, p. 156825, DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156825. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brixner et al. On the luminescent properties of the rare earth vanadates
Kuznetsov et al. Polymorphism in SmSc3 (BO3) 4: crystal structure, luminescent and SHG properties
Ivashchenko et al. Phase equilibria in the quasiternary system Ag2S–Ga2S3–In2S3 and optical properties of (Ga55In45) 2S300,(Ga54. 59In44. 66Er0. 75) 2S300 single crystals
Loiko et al. Spectroscopy of tetragonal Eu: NaGd (WO4) 2 crystal
Breton et al. Lanthanide thioborates, an emerging class of nonlinear optical materials, efficiently synthesized using the boron–chalcogen mixture method
Guzik et al. Development of Nd3+-doped monoclinic dimolybdates La2Mo2O9 as optical materials
Jamous et al. Study of RBO3-ScBO3 phase diagrams and RSc3 (BO3) 4 orthoborates (R= La, Pr and Nd)
Sawada et al. An orange-light emitting garnet phosphor: Tb3Ga5O12: Eu3+
RU2753258C1 (ru) Фотолюминесцентный материал скандобората самария SmSc(BO3)2
Brixner A Study of the Calcium Molybdate‐Rare Earth Niobate Systems
Svetlyakova et al. Search for compounds of the NaBa R (BO3) 2 family (R= La, Nd, Gd, and Yb) and the new NaBaYb (BO3) 2 orthoborate
Philippen et al. Single crystal fiber growth of cerium doped strontium yttrate, SrY2O4: Ce3+
Fedorova et al. Growth of MBO 3 (M= La, Y, Sc) and LaSc 3 (BO 3) 4 crystals from LiBO 2-LiF fluxes
Ferhi et al. Near infrared and charge transfer luminescence of trivalent ytterbium in KLa (PO3) 4 powders
Ekmekçi et al. Molten salt synthesis, visible and near-IR region spectral properties of europium or neodymium doped CoNb 2 O 6 columbite niobate
Katelnikovas et al. Low-temperature synthesis of lutetium gallium garnet (LGG) using sol–gel technique
Svetlyakova et al. Phase formation in the BaB2O4-NaBO2-MBO3 (M= Sc, La, Y) system and new orthoborate ScBaNa (BO3) 2
Li et al. Stable zero-thermal quenching cover wide temperature range achieves in cerium doped KY3F10 ultraviolet luminescent single crystal
Kudrjavtcev et al. Growth of a new strontium borate crystal Sr4B14O25
Maltsev et al. Synthesis and flux-growth of rare-earth magnesium pentaborate crystals RMgB5O10 (R= Y, Gd, La, Tm and Yb)
CN1318659C (zh) 掺钕硼酸镧锶激光晶体及其制备方法
Leonyuk Half a century of progress in crystal growth of multifunctional borates RAl3 (BO3) 4 (R= Y, Pr, Sm–Lu)
Li et al. Comparative investigation on solvent-related morphology and luminescence properties of a novel red phosphor NaRbSnF6: Mn4+ for WLEDs application
Wang et al. Two potential self-activated orthoborates Cd 4 NdO (BO 3) 3 and Ca 3 Nd 3 (BO 3) 5: Growth, crystal structures and optical properties
Gao et al. Growth of single crystal K 3 Y 3 (BO 3) 4 with low-symmetry structure and multi-type of substitutional sites