Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65195810.31857/S2686953523700231UZAVGLCHEMICAL TECHNOLOGYХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯSTRUCTURAL DESIGN OF Eu2+-CONTAINING GLASS AND GLASS-CERAMICS BASED ON THE SYSTEM BaO–ZrO2–SiO2–MgF2 FOR LED APPLICATIONСтруктурное конструирование Eu2+-содержащих стекол и ситаллов на основе системы BaO–ZrO2–SiO2–MgF2 для светодиодной техникиEvstropievS. K.ЕвстропьевС. К.evstropiev@bk.ruStolyarovaV. L.СтоляроваВ. Л.evstropiev@bk.ruKyazyanN. B.КнязянН. Б.evstropiev@bk.ruManukyanG. G.МанукянГ. Г.evstropiev@bk.ruShashkinA. V.ШашкинА. В.evstropiev@bk.ruITMO UniversityУниверситет ИТМОJVC “RPA “Vavilov State Optical Institute””АО “НПО ГОИ им. С.И. Вавилова”Saint-Petersburg State Technological Institute (Technical University)Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)I.V. Grebenshikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наукSaint-Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of ArmeniaИнститут общей и неорганической химии Национальной Академии Наук Армении01092023512110110602022025Copyright ©; 2023, С.К. Евстропьев, В.Л. Столярова, Н.Б. Князян, Г.Г. Манукян, А.В. ШашкинCopyright ©; 2023, С.К. Евстропьев, В.Л. Столярова, Н.Б. Князян, Г.Г. Манукян, А.В. Шашкин2023С.К. Евстропьев, В.Л. Столярова, Н.Б. Князян, Г.Г. Манукян, А.В. ШашкинС.К. Евстропьев, В.Л. Столярова, Н.Б. Князян, Г.Г. Манукян, А.В. Шашкинhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651958

For the first time, an approach to designing the structure of Eu2+ containing silicate glass-ceramics materials has been experimentally implemented, which consists in the fact that rare earth activator is introduced into various crystals formed during glass crystallization. Transparent Eu-containing glass and glass ceramics based on the system BaO–ZrO2–SiO2–MgF2 were prepared by the traditional glass melting method at 1450°C. The crystal structure and properties of materials were characterized by XRD analysis and photoluminescence spectroscopy during different stages of glass crystallization. It is shown that the simultaneous incorporation of Eu into different silicate crystals (Ba2SiO4, BaMgSiO4, and BaSiO3) formed during the glass crystallization leads to the formation of a material with a wide luminescence band in the visible part of the spectrum. The study of photoluminescence and luminescence excitation spectra of the glass suggests the possibility of energy transfer from Eu2+ to Eu3+ ions. The structures of Eu2+ luminescent centers are similar in the glass and glass-ceramics that is related to some phase separation in the glass before crystallization. The study of luminescence properties of prepared materials showed that these materials can be promising for the application in LEDs techniques.

Впервые реализован подход к конструированию структуры Eu2+-содержащих силикатных стеклокристаллических материалов, в результате которого редкоземельный активатор внедряется в Ba-содержащие силикаты, формирующиеся в процессе кристаллизации стекла. Синтезированы фторсодержащие стекла и ситаллы на основе системы MgO–BaO–ZrO2–SiO2, активированные ионами Eu2+, изучены их кристаллическая структура и люминесцентные свойства. Показано, что одновременное вхождение Eu в несколько различных силикатных кристаллов, формирующихся при кристаллизации стекол, приводит к формированию материала, обладающего широкой полосой люминесценции в видимой части спектра. Изучение спектров возбуждения люминесценции и эмиссии стекла показало возможность переноса энергии возбуждения от ионов Eu2+ к ионам Eu3+. Впервые предложенный подход к конструированию структуры стеклокристаллических материалов весьма перспективен для дальнейшего создания новых оптических сред, используемых в мощных светодиодах свечения.

glass ceramicsbarium silicatesluminescenceEu2+ситаллсиликаты бариялюминесценцияEu2+Liu J., Wang Z., He K., Wei L., Zhang Z., Wei Z., Yu H., Zhang H., Wang J. // Opt. Express. 2014. V. 22. № 22. P. 26933–26938. https://doi.org/10.1364/OE.22.026933Булыга Д.В., Евстропьев С.К. // Опт. и спектр. 2022. Т. 130. № 9. С. 1455–1463. https://doi.org/10.21883/OS.2022.09.53309.3617-22Vu N.-N., Kaliaguine S., Do T.-O. // Adv. Funct. Mater. 2019. V. 29. P. 1901825. https://doi.org/10.1002/adfm.201901825Hu T., Ning L., Gao Y., Qiao J., Song E., Chen Z., Zhou Y., Wang J., Molokeev M.S., Ke X., Xia Z., Zhang Q. // Light Sci. Appl. 2021. V. 10. P. 56. https://doi.org/10.1038/s41377-021-00498-6Biswas K., Sontakke A.D., Sen R., Annapurna K. // J. Fluoresc. 2012. V. 22. P. 745–752. https://doi.org/10.1007/s10895-011-1010-4Lin H., Hu T., Cheng Y., Chen M., Wang Y. // Laser Photon. Rev. 2018. V. 12. № 6. P. 1700344. https://doi.org/10.1002/lpor.201700344Nakanishi T., Tanabe S. // J. Light Vis. Env. 2008. V. 32. № 2. P. 93–96. https://doi.org/10.2150/jlve.32.93Evstropiev S.K., Shashkin A.V., Knyazyan N.B., Manu-kyan G.G., Bagramyan V.V., Timchuk A.V., Stolyaro-va V.L. // J. Non-Cryst. Solids. 2022. V. 580. P. 121386. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121386Lima S.M., da Cunha Antrade L.H., Silva J.R., Bento A.C., Baesso M.L., Sampaio J.A., de Oliveira Nunes L.A., Guyot Y., Boulon G. // Opt. Express. 2012. V. 20. № 12. P. 12658–12665. https://doi.org/10.1364/OE.20.012658Chen D., Xiang W., Liang X., Zhong J., Yu H., Ding M., Lu H., Ji Z. // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35. № 3. P. 859–869. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.10.002Yu H., Zi W., Lan S., Gan S., Zou H., Xu X., Hong G. // Luminescence. 2013. V. 28. № 5. P. 679–684. https://doi.org/10.1002/bio.2415Qiao J., Xia Z. // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. P. 200903. https://doi.org/10.1063/5.0050290Zhao M., Zhang Q., Xia Z. // Acc. Mater. Res. 2020. V. 1. № 2. P. 137–145. https://doi.org/10.1021/accountsmr.0c00014Shannon R.D. // Acta Cryst. 1976. V. A32. P. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551Han J.K., Hannah M.E., Piquette A., Talbot J.B., Mishra K.C., McKittrick J. // J. Lumin. 2015. V. 161. P. 20–24. https://doi.org/10.1016/j/jlumin.2014.12.032Xu J., Zhao Y., Chen J., Mao Z., Yang Y., Wang D. // Luminescence. 2017. V. 32. № 6. P. 957–963. https://doi.org/10.1002/bio.3277Ling H., Hu T., Cheng Y., M. Chen, Wang Y. // Laser Photonics Rev. 2018. V. 12. № 6. P.1700344. https://doi.org/10.1002/lpor.201700344Bispo Jr. A.G., Ceccato D.A., Lima S.A.M., Pires A.M. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 53752–53762. https://doi.org/10.1039/c7ra10494dChen J., Liu Y.-G., Liu H., Yang D., Ding H., Fang M., Huang Z. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 18234–18239. https://doi.org/10.1039/C4RA00452CKim D., Jeon K.-W., Jin J.S., Kang S.-G., Seo D.-K., Park J.-C. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 105339–105346. https://doi.org/10.1039/C5RA19712KJi W., Lee M.-H., Hao L., Xu X., Agathopoulos S., Zheng D., Fang C. // Inorg. Chem. 2015. V. 54. P. 1556–1562. https://doi.org/10.1021/ic502568sZhang Q., Wang Q., Wang X., Ding X., Wang Y. // New J. Chem. 2016. V. 40. P. 8549–8555. https://doi.org/10.1039/C6NJ01831ASao S.K., Brahme N., Bisen D.P., Tiwari G. // Luminescence. 2016. V. 31. № 7. P. 1364–1371. https://doi.org/10.1002/bio.3116Craievich A.F., Zanotto E.E., James P.F. // Bull. Minéral. 1983. V. 106. № 1–2. P. 169–184.