Synteza, charakterystyka fizykochemiczna i badania obliczeniowe wybranych luminoforów domieszkowanych jonami lantanowców
Badania dotyczyły materiałów o ogólnym wzorze M3RE2(BO3)4:Ln3+ (gdzie: M = Ca, Sr, Ba; RE = Y, La, Gd oraz Ln3+ = Eu3+, Tb3+, Dy3+). Materiały tego typu były otrzymywane za pomocą metody zol-żelowej Pechini'ego. Otrzymane luminofory mogą być zastosowane w źródłach świtała opartych o LED. Kolejna część pracy była poświęcona badaniom obliczeniowym wpływu domieszkowania na budowę krystaliczną materiału-matrycy, wpływu budowy krystalicznej matrycy na procesy przeniesienia energii oraz na tworzenie się aglomeratów powodowanych jonami domieszki. Wyniki obliczeń pół-empirycznych oraz DFT wykazały, że zwiększenie ilości domieszki Tb3+ w układach CeF3 i Sr3La2(BO3)4 skutkowało zmniejszeniem wymiarów komórki. Nowe podejście do obliczenia szybkości przeniesienia energii pomiędzy jonami Ln3+ w ciele stałym (z uwzględnieniem wielu możliwych odległości Ln-Ln) zostało zastosowane do analizy układu YVO4:Yb3+,Er3+, wykazującego zjawisko upkonversji. Opisywana metoda modelowania może być zastosowana też dla innych układów wykazujących przeniesienie energii. Badania uwzględniały również analizę (za pomocą obliczeń DFT) możliwości tworzenia klasterów jonów domieszki w YVO4:Eu3+. Obliczenie wskazują, że geometria układu odpowiadająca bardziej skupionemu ułożeniu jonów domieszki jest bardziej preferowana termodynamicznie, a więc możliwa jest tendencja do tworzenia aglomeratów jonów domieszki. A series Ln3+-doped photoluminescent materials of general formula M3RE2(BO3)4:Ln3+ (M = Ca, Sr, Ba, RE = Y, La, Gd, Ln3+ = Eu3+, Tb3+, Dy3+) were studied. Such materials were synthesized by the wet-chemistry sol-gel Pechini route. The phosphors can be potentially applied in LED-based light sources. Another part of this work was devoted to the computational studies focused on the effects of dopant addition of the crystal structure of the matrix material, the effects of crystal structure of the matrix on energy transfer processes and dopant ions clustering (agglomeration). According to both both semi-empirical and ab initio DFT quantum-chemical computations, an increase in the Tb3+ dopant content resulted in a gradual decrease in the crystal cell dimensions of such materials as Sr3La2(BO3)4 and CeF3. A novel approach of calculation of energy transfer rates between the Ln3+ ions in solids was applied to YVO4:Yb3+, Tb3+ upconvesion system. The proposed approach resulted in good agreement between the experiment and calculations and can be applied to any other energy transfer processes in any Ln3+-based materials. The inhomogeneity of dopant ions distribution in the structure of YVO4:Eu3+ was analyzed. It was found out using DFT that more dense dopant ion packing, clustering corresponds to a lower energy, and thus can be more preferable from the thermodynamical point of view.
Lantanowce, Lanthnides, fotoluminescencja, photoluminescence, teoria, theory, geometria, geometry, transfer energii, energy transfer
Networked Digital Library of Theses and Dissertations