• Home
  • News
  • Geology news
  • Сотрудники ИГМ СО РАН первыми вырастили уникальные кристаллы боратов, легированных редкоземельными элементами

Geology news

Wednesday, 14 June 2023 15:41

Сотрудники ИГМ СО РАН первыми вырастили уникальные кристаллы боратов, легированных редкоземельными элементами

 

Сотрудники лаборатории Роста кристаллов ИГМ СО РАН вырастили кристаллы боратов

Сотрудники лаборатории Роста кристаллов ИГМ СО РАН вырастили кристаллы боратов Na3R(BO3)2 (R = La–Gd), легированные Pr3+, Nd3+ и Sm3+, и детально исследовали их оптические свойства, структуру и поведение при высоких температурах. Статья опубликована 15 марта 2023 года в CrystEngComm (IF 3,756, Q1 Web of Science).

 

Screenshot 1

Кристаллическая структура соединений с общей формулой Na3R(BO3)2 (R = La–Gd).

 

Поиск новых структур боратов и описание их характеристик — это актуальное и перспективное направление исследований в материаловедении. Цели подобных исследований заключаются в расширении и уточнении данных о свойствах кристаллов боратов, а также выявлении новых характеристик соединений. Боратные соединения с добавленными редкоземельными элементами применяются в оптоэлектронных схемах и устройствах. Литий-, натрий- и калийсодержащие бораты имеют высокую химическую стабильность, термическую и радиационную стойкость, широкую область оптической прозрачности, высокий порог лазерного разрушения.

 

 

quotesUp

 

«Широкое применение боратов связано с тем, что большая часть этих соединений прозрачны в ультрафиолетовом излучении. — Боратные кристаллы — это промышленно важные кристаллы, с помощью них можно получать УФ излучение путем нелинейно-оптического преобразования. Кроме того, стоит задача искать и получать вещества люминофоры, которые будут светиться, например, под действием ультрафиолета. Благодаря своей структуре бораты становятся отличным материалом для добавления полезных примесей, которые вызывают свечение.»

С.н.с., д.г.-м.н. Константин Александрович Кох

 

 

 

Прозрачность матрицы в области возбуждения и генерации излучения это не единственный важный параметр. Желательно иметь кристаллическую структуру, в которой допирующие элементы распределены по матрице максимально равномерно. Также, нужна золотая середина между оптимально большим расстоянием и объемной концентрацией примеси. Кристаллы боратов Na3R(BO3)2 (R = La—Gd) прозрачны в УФ-диапазоне излучения синего светодиода, и имеют собственную кристаллографическую позицию для трехвалентного катиона.

 

 

quotesUp

 

«Мы исследуем различные матрицы для люминофоров. Наблюдаем, когда наступит концентрационое тушениие. Казалось бы, чем больше атомов люминофора мы помещаем в структуру соединения, тем материал будет ярче светить. Но после некоторого порогового значения интенсивность люминесценции начинает резко падать. И, в зависимости от того какую матрицу использовать для допирования, может меняться и интенсивность порогового свечения, и количество встраиваемых катионов РЗЭ, которые ее обеспечивают.»

Н.с., к.г.-м.н. Артем Борисович Кузнецов

 

 

 

Бораты Na3R(BO3)2 (R = La—Gd) уже были известны. Однако, из-за сложности их получения, полноценного описания свойств этих соединений не было. До сих пор в мире удавалось вырастить кристаллы этих соединений, не превышающих по размерам нескольких миллиметров, поэтому требовалось найти новый способ для их выращивания. Сотрудники Института вырастили монокристаллы модифицированным способом на основе флюса Na2O—B2O3—NaF. В результате были получены кристаллы без включений размером до 5 × 5 × 5 мм3.

Screenshot 2

Выращенные кристаллы Na3R(BO3)2 R = La (a), Pr (b), Nd (c), Sm (d), Eu (e), and Gd (f).

 

В ходе эксперимента были получены новые данные термического поведения кристаллов боратов. Авторы эксперимента уточнили температуры, при которых происходят фазовые переходы и плавление. Были изучены люминесцентные свойства Na3Gd1−x(BO3)2: x(Pr3+/Nd3+/Sm3+), и определены оптимальные концентрации люминесцентных ионов.

Изученные свойства кристаллов Na3R(BO3)2 (R = La—Gd) — часть большой исследовательской работы над боратными соединениями в лаборатории роста кристаллов № 447.

 

Материал подготовлен пресс-службой ИГМ СО РАН