Katı Hal Reaksiyonuyla Stronsiyum Aluminat Esaslı Fosforesans Malzeme Sentezi

Abstract

SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ fosforu, yüksek ışıma şiddeti, uzun ışıma süresi, saf ve açık renkleri ve iyi kimyasal ve termal kararlılığı gibi özellikleri ile havaalanları, otobanlar ve binalarda bulunan kaçış işaretleri, boyalar, tekstil ve aksesuar malzemeleri, seramik ürünler, LED’ler ve plazma görüntü panellerinde kullanım alanı bulmaktadır. SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ fazının fosforesan karakteri tuzaklama ve şarj taşıyıcılarının termal salınması ile açıklanmaktadır. Bu durumda Eu2+ iyonları luminesans merkezi olarak görev yapmaktadır. Yardımcı Dy3+ iyonları ilavesi ile sistemde pek çok tuzak oluşur ve bu tuzaklar da boşluk tuzaklama merkezi görevi yaparlar. Distorse olmuş tridimit monoklinik kristal yapının içerisinde Eu2+ ve Dy3+ iyonları Sr atomları ile yer değiştirmektedirler. Bu çalışmanın amacı, SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ fosforunun katı hal reaksiyonu metodu ile sentezi ve karakterizasyonu ile oksitleri uygun asitlerde çok zor çözündüğü için sıvı hal sentezi metodları ile üretimi mümkün olmayan Ti, V, Zr, Nb ve Si’un optik özelliklere etkilerinin incelenmesidir. Yapılan deneysel çalışmalarda, numuneler Sr(0,99-y-z)Al2O4:Eu0,01,Dyy,Az (A: Ti, Zr, V, Nb, Si) formülü gereğince y ve z 0,01 – 0,04 mol yüzdesi aralığında farklı bileşimlerde hazırlanmıştır. Yüksek saflıkta karbonat ve oksitler karıştırılarak etanol ortamında değirmen tipi öğütücüde 1 saat öğütülmüş ve daha sonra 115 oC’de bekletilerek etanolün ortamdan uzaklaşması sağlanmıştır. Etanol uzaklaştıktan sonra ısıl işlem süresinin belirlenmesi amacıyla, numuneler karbon atmosferinde 20 oC/dk. ısıtma hızı ile 1300 oC sıcaklığa çıkarılarak fırında 2 ve 3 saat tutulmuş ve soğumaya bırakılmıştır. Uygun disprosyum miktarını belirlemek amacıyla ise, farklı bileşimler H2 atmosferinde 10 oC/dk. ısıtma hızıyla 1300 oC sıcaklığa çıkarılmış, fırında 1 saat tutularak soğumaya bırakılmıştır. Son olarak diğer katkılar ile hazırlanmış numuneler (Ti, Zr, V, Nb, Si), karbon atmosferinde 20 oC/dk. ısıtma hızı ile 1300 oC sıcaklığa çıkarılarak 2 saat tutulmuş ve soğumaya bırakılmıştır. Elde edilen ürünlere, sırasıyla XRD, SEM ve spektrofotometre teknikleri kullanılarak; faz, mikroyapı ve optik analiz işlemleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlardan, en uygun ısıl işlem süresinin 2 saat olduğu görülmüştür. Bununla birlikte artan disprosyum miktarı ile ışıma şiddeti ve süresinin arttığı tespit edilmiştir. Genel olarak diğer katkılardan ise, silisyum ve zirkonyumun ışıma şiddetini artırdığı; vanadyum, niobyum ve titanyumun ise ışıma şiddetini düşürdüğü tespit edilmiştir. Yine bu katkıların arasından yalnızca %4 zirkonyum katkısının ışıma süresini olumlu yönde etkilediği, diğerlerinin olumsuz yönde etkilediği tespit edilmiştir.

SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ phosphors have been used in several application areas such as emergency signs used in airports and highways, paints, ceramic products, accessorizes, LED’s and plasma display panels due to their high initial luminescent intensity, long-lasting time, suitable emitting color and good chemical and thermal stability. This long afterglow effect has been ascribed to the recombination of the trapped SrAl2O4:Eu,Dy electrons at europium(II) sites and the thermally released holes trapped at dysprosium(III) sites. The present study aims to synthesize SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ phosphor with a solid state reaction method and investigate the effect of Ti, Zr, V, Nb and Si addition on the luminescent properties. In the experimental studies, different samples were prepared with the formula Sr0,99-y-z)Al2O4:Eu0,01,Dyy,Az (A: Ti, Zr, V, Nb, Si) where y and z are between 0,01 – 0,04 in molar ratio. High purity carbonates and oxides were mixed with ethanol in a ball mill for 1 h. The powders were heated to 1300 oC with a heating rate of 20 oC/min. and waited for 2 to 3hours in a reductive carbon atmosphere to determine the reaction time. Some samples were heated to 1300 oC with a heating rate of 10 oC/min and waited at that temperature for 1 hour in a reductive atmosphere of %5H2 – N2 to determine the ratio of dysprosium. The samples doped with other dopants (Ti, Zr, V, Nb, Si) were heated to 1300 oC with a heating rate of 20 oC/min and waited for 2 hours at this temperature. XRD, SEM and Spectrophotometer techniques applied for the characterization of the samples. The sample heat-treateded for 2 hours showed better luminescent properties. Increasing the dysprosium ratio resulted a positive effect on the luminescent properties. Addition of other dopants (Ti, Zr, V, Nb, Si) showed different results. The emission and excitation intensities increased with the addition of Si and Zr into the system, whereas V, Nb and Ti resulted in a decrease in the emission and excitation intensities. The long-lasting time of the samples decreased with the addition of other dopants (Ti, Zr, V, Nb, Si) except the composition of SrAl2O4:Eu0,01,Dy0,03,Zr0,04.