Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (3), 319-329.

Дослідження формування структури прекурсорів для отримання нанопорошків на основі фази типу перовскиту



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.03.319

T. F. Lobunets, O. V. Chudinovych, O. V. Shyrokov, A. V. Ragulya

Анотація


Методом гетерогенного осадження синтезовано прекурсори на основі LaYO3:R, де R = Yb3+, Nd3+, Eu3+ для отримання нанопорошків фази типу перовскиту. Адсорбційно–структурні дослідження показали, що синтезовані прекурсори є однорідними, мезопористими, нанодисперсними порошками. В залежності від природи люмінесцентної добавки (Yb3+, Nd3+, Eu3+) та умов синтезу, питома поверхня синтезованих прекурсорів складає від 50 до 200 м2/г при середньому діаметрі мезопор пріоритетного діапазону 3.3–3.5 та 6 нм. Встановлено, що температура синтезу впливає на формування пористої структури прекурсорів. При співосадженні з різною температурою розчину утворюються порошки із різним типом пористої структури: корпускулярної чи пошарової.

Максимальна питома поверхня синтезованих прекурсорів залежить від кількості та типу люмінесцентної добавки. Чим менший іонний радіус люмінесцентної добавки, тим більше її потрібно додати для отримання максимальної питомої поверхні прекурсора. Так, при додаванні Yb3+ максимум питомої поверхні досягається при 4 об. %, в той час як для Nd3+ достатньо 1 об. %.

В залежності від кількості люмінесцентної добавки Yb3+ при однакових умовах синтезу прекурсорів формуються пористі структури різного типу: шаруваті (3 об. % Yb3+) і корпускулярні (4 об. % Yb3+). При цьому питома поверхня ситезованих прекурсорів з різним відсотковим вмістом Yb3+ майже однакова, але загальний об’єм пор значно різниться. При співосадженні з різною температурою розчину утворюються агломерати із різною щільністю. Так, при 40 °C утворюється щільна структура з розміром пор 3‑5 нм між частинками 17‑20 нм, а при 80 °C утворюється агломератна структура, в якій пори і частинки мають близький розмір, а об’єм пор зростає більш ніж втричі. Крім того, підвищення температури синтезу прекурсорів LaYO3:Yb з відсотковим вмістом Yb3+ рівним 4 об. % призводить до формування переважно пошарової будови, що характеризує отриманий матеріал як такий, що має щілинні пори чи побудований з плоскопаралельних частинок.


Ключові слова


прекурсори; гетерогенне осадження; питома поверхня; нанопорошки; перовскит; ізотерми сорбції

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Wang S.F., Zhangb J., Luo D.W., Gu F., Tang D.Y., Dong Z.L., Tana G.E.B., Que W.X., Zhang T.S., Li S., Kong L.B. Transparent ceramics: Processing, materials and applications. Prog. Solid State Chem. 2013. 41(1-2): 20. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2012.12.002

2. Sanghera Jas, Bayya Shyam, Villalobos Guillermo, Kim Woohong, Frantz Jesse, Shaw Brandon, Sadowski Bryan, Baker Colin, Hunt Michael, Aggarwal Ishwar, Kung Fred, Reicher David, Peplinski Stan, Ogloza Al, Langston Peter, Lamar Chuck, Varmette Peter, Dubinskiy Mark, DeSandre Lewis. Transparent ceramics for high-energy laser systems. Opt. Mater. 2011. 33(3): 511. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2010.10.038

3. Boniecki Marek, Librant Zdzislaw, Wajler Anna, Wesolowski Wladyslaw. Fracture toughness, strength and creep of transparent ceramics at high temperature. Ceram. Int. 2012. 38(6): 4517. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.02.028

4. Vydrik G.A., Solovyova T.V., Kharitonov Ya. Transparent ceramics. (Moscow: Energy, 1980). [in Russian].

5. Lu Shenzhou, Yang Qiuhong, Zhang Bin, Zhang Haojia. Upconversion and infrared luminescences in Er3+/Yb3+ codoped Y2O3 and (Y0.9 La0.1)2O3 transparent ceramics. Opt. Mater. 2011. 33(5): 746. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2010.10.003

6. Chen By Shi, Wu Yiquan. New opportunities for transparent ceramics. Am. Ceram. Soc. Bull. 2013. 92(2): 32.

7. Chen Y., Lin X., Lin Y., Luo Z. Spectroscopic properties of Yb3+ ions in La2(WO4)3 crystal. Solid State Commun. 2004. 132(8): 533. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2004.09.010

8. Gong X., Xiong F., Lin Y. Crystal growth and spectral properties of Pr3+:La2(WO4)3. Mater. Res. Bull. 2007. 42(3): 413. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2006.07.013

9. Lakshminarasimhan N., Varadaraju V. Luminescent host lattices, LaInO3 and LaGaO3 reinvestigation of luminescence of metal ions. Ibid. 2006. 41:724. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2005.10.010

10. Ivanov M., Kalinina E., Kopylov Yu., Kravchenko V. Highly transparent Yb-doped (LaxY1−x)2O3 ceramics prepared through colloidal methods of nanoparticles compaction. J. Eur. Ceram. Soc. 2016. 36(16): 4251. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.06.013

11. Akiyama Jun, Sato Yoichi, Taira Takunori, Jun Akiyama. Laser ceramics with rare-earth-doped anisotropic materials. Opt. Lett. 2010. 35(21): 3598. https://doi.org/10.1364/OL.35.003598

12. Taira T. Domain-controlled laser ceramics toward Giant Micro-photonics. Optical Materials Express. 2011. 1(5): 1040. https://doi.org/10.1364/OME.1.001040

13. Liu Zehua, Shuxing Li, Yihua Huang, Lujie Wang,Yirong Yao, Tao Long, Xiumin Yao, Xuejian Liu, Zhengren Huang. Composite ceramic with high saturation input powder in solid-state laser lighting: Microstructure, properties, and luminous emittances. Ceram. Int. 2018. 44(16): 20232. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.08.008

14. Qing Lu, Qiuhong Yang, Cen Jiang, Lu S., Yuan Y., Liu Q. Spectroscopic properties and structure refinement of Nd3+(Y0.9La0.1)2O3 transparent ceramics. Optical Materials Express. 2014. 5(2):1035.

15. Kumar G. A., Lu Jianren, A. Alexander Kaminskii, Ken-Ichi Ueda. Spectroscopic and stimulated emission characteristics of Nd3+ in transparent Y2O3 Ceramics. IEEE J. Quantum Electron. 2006. 42(7): 643. https://doi.org/10.1109/JQE.2006.875868

16. Cristina Artini. Crystal chemistry, stability and properties of interlanthanide perovskites: A review. J. Eur. Ceram. Soc. 2017. 37(2): 427. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.08.041

17. Chudinovych O.V. PhD (Chem.) Thesis. (Kyiv, 2017). [in Ukrainian].

18. Karnaukhov A. Adsorption. Texture of dispersed and porous materials. (Novosibirsk: Nauka, 1999). [in Russian].

19. Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. Adsorption of gases and vapors. J. Am. Chem. Soc. 1938. 60: 309. https://doi.org/10.1021/ja01269a023

20. Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, Surface Area and Porosity. 2. (Auflage, Academic Press, London, 1982).




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.03.319

Copyright (©) 2020 T. F. Lobunets, O. V. Chudinovych, O. V. Shyrokov, A. V. Ragulya