1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 11, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 11, стр. 1309-1317

Теплофизические характеристики монокристаллов твердых растворов Ba1–x–yYbxRyF2+x+y (R = Tm, Ho)

С. В. Кузнецов 1, *, В. А. Конюшкин 1, А. Н. Накладов 1, П. А. Попов 2, А. А. Пыненков 3, К. Н. Нищев 3, А. А. Александров 1

1 Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
119991 Москва, ул. Вавилова, 38, ГСП-1, Россия

2 Брянский государственный университет им. И.Г. Петровского
241036 Брянск, ул. Бежицкая, 14, Россия

3 Институт физики и химии, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева
430005 Саранск, ул. Большевистская, 68, Россия

* E-mail: kouznetzovsv@gmail.com

Поступила в редакцию 01.08.2023
После доработки 26.09.2023
Принята к публикации 27.09.2023

Аннотация

Методом Бриджмена в вакууме с использованием фторирующей атмосферы CF4 выращены монокристаллы твердых растворов Ba1–x–yYbxRyF2+x+y (R = Tm, Ho). Определены закономерности изменения коэффициента теплопроводности в диапазоне 50–300 K и показателя преломления от видимого до ИК-диапазона спектра. Теплопроводность полученных твердых растворов при комнатной температуре уменьшается с 3.39 до 1.18 и с 3.11 до 1.18 Вт/(м К) для R = Tm, Ho соответственно при увеличении концентрации иттербия от 2 до 14 мол. %. При повышении содержания гольмия и тулия в твердых растворах происходит постепенное увеличение показателя преломления, а при увеличении длины волны – его постепенное уменьшение.

Ключевые слова: монокристаллы, фториды, твердые растворы, флюоритовая структура, стандарт ап-конверсионной люминесценции

Список литературы

  1. Brites C.D.S., Marin R., Suta M., Carneiro Neto A.N., Ximendes E., Jaque D., Carlos L.D. Spotlight on Luminescence Thermometry: Basics, Challenges, and Cutting-Edge Applications // Adv. Mater. 2023. V. 35. P. 2302749. https://doi.org/10.1002/adma.202302749

  2. Runowski M., Marciniak J., Grzyb T., Przybylska D., Shyich-uk A., Barszcz B., Katrusiak A., Lis S. Lifetime Nanomanometry – High-Pressure Luminescence of Up-Converting Lanthanide Nanocrystals – SrF2:Yb3+,Er3+ // Nanoscale. 2017. V. 9. P. 16030–16037. https://doi.org/10.1039/C7NR04353H

  3. Przybylska D., Ekner-Grzyb A., Grześkowiak B.F., Grzyb T. Upconverting SrF2 nanoparticles doped with Yb3+/Ho3+,Yb3+/Er3+ and Yb3+/Tm3+ Ions – Optimisation of Synthesis Method, Structural, Spectroscopic and Cytotoxicity Studies // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 8669. https://doi.org/10.1038/s41598-019-45025-1

  4. Sun L., Wei R., Feng J., Zhang H. Tailored Lanthanide-Doped Upconversion Nanoparticles and their Promising Bioapplication Prospects // Coord. Chem. Rev. 2018. V. 364. P. 10–32. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2018.03.007

  5. Wolfbeis S. An Overview of Nanoparticles Commonly Used in Fluorescent Bioimaging // Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44. P. 4743–4768. https://doi.org/10.1039/C4CS00392F

  6. Pominova D.V., Ryabova A.V., Romanishkin I.D., Grachev P.V., Burmistrov I.A., Kuznetsov S.V. Multifunctional Upconversion Nanoparticles Based on NaYGdF4 for Laser Induced Heating, Non-Contact Temperature Sensing and Controlled Hyperthermia with Use of Pulsed Periodic Laser Excitation // Saratov Fall Meeting 2017: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIX, SPIE. 2018. P. 334–340. https://doi.org/10.1117/12.2312484

  7. Weissleder R. A Clearer Vision for in vivo Imaging // Nat. Biotechnol. 2001. V. 19. P. 316–317. https://doi.org/10.1038/86684

  8. Janani K., Gayathri E., Vijayatha V., Ramasubramanian S., Thiyagarajan P. Emission Colour Tuning in KLnF4:Yb3+,Er3+/Ho3+ Phosphor // J. Rare Earths. 2023. https://doi.org/10.1016/j.jre.2023.02.014

  9. Arnold M., Katzmann J., Naik A., Görne A. L., Härtling T., George J., Schuster C. Investigations on Electron Beam Irradiated Rare-Earth Doped SrF2 for Application as Low Fading Dosimeter Material: Evidence for and DFT Simulation of a Radiation-Induced Phase // J. Mater. Chem. C. 2022. V. 10. P. 11579–11587. https://doi.org/10.1039/D2TC01773C

  10. Madirov E.I., Konyushkin V.A., Nakladov A.N., Fedorov P.P., Bergfeldt T., Busko D., Howard I.A., Richards B.S., Kuznetsov S.V., Turshatov A. An up-Conversion Luminophore with High Quantum Yield and Brightness Based on BaF2 :Yb3+,Er3+ Single Crystals // J. Mater. Chem. C. 2021. V. 9. P. 3493–3503. https://doi.org/10.1039/D1TC00104C

  11. Yagoub M.Y.A., Swart H.C., Coetsee E. Structural, Surface and Luminescent Properties of SrF2:Eu Annealed Thin Films // Vacuum. 2021. V. 191. P. 110362. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110362

  12. Przybylska D., Grzyb T. Synthesis and up-Conversion of Core/Shell SrF2:Yb3+,Er3+@SrF2:Yb3+,Nd3+ Nanoparticles under 808, 975, and 1532 nm Excitation Wavelengths // J. Alloys Compd. 2020. V. 831. P. 154797. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154797

  13. Ryszczyńska S., Grzyb T. NIR-to-NIR and NIR-to-Vis up-Conversion of SrF2:Ho3+ Nanoparticles under 1156 nm Excitation // Methods Appl. Fluoresc. 2022. V. 10. P. 024001. https://doi.org/10.1088/2050-6120/ac4999

  14. Richards B.S., Hudry D., Busko D., Turshatov A., Howard I.A. Photon Upconversion for Photovoltaics and Photocatalysis: a Critical Review: Focus Review // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 9165–9195. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00034

  15. Radzhabov E.A., Shendrik R.Yu. Upconversion of infrared radiation in Er3+-doped alkaline-earth fluorides // Opt. Spectrosc. 2020. V. 128. P. 1752–1757. https://doi.org/10.1134/S0030400X20110211

  16. Karimov D.N., Demina P.A., Koshelev A.V., Rocheva V.V., Sokovikov A.V., Generalova A.N., Zubov V.P., Khaydukov E.V., Koval’chuk M.V., Panchenko V.Ya. Upconversion Nanoparticles: Synthesis, Photoluminescence Properties, and Applications // Nanotechnol. Russ. 2020. V. 15. P. 655–678. https://doi.org/10.1134/S1995078020060117

  17. Liu X., Ji Q., Hu Q., Li C., Chen M., Sun J., Wang Y., Sun Q., Geng B. Dual-mode Long-Lived Luminescence of Mn2+-Doped Nanoparticles for Multilevel Anticounterfeiting // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11. P. 30146–30153. https://doi.org/10.1021/acsami.9b09612

  18. Li J., Xia D., Gao M., Jiang L., Zhao S., Li G. Invisible Luminescent Inks and Luminescent Films Based on Lanthanides for Anti-Counterfeiting // Inorg. Chim. Acta. 2021. V. 526. P. 120541. https://doi.org/10.1016/j.ica.2021.120541

  19. Woidasky J., Sander I., Schau A., Moesslein J., Wendler P., Wacker D., Gao G., Kirchenbauer D., Kumar V., Busko D., Howard I.A., Richards B.S., Turshatov A., Wiethoff S., Lang-Koetz C. Inorganic Fluorescent Marker Materials for Identification of Post-Consumer Plastic Packaging // Resour. Conserv. Recycl. 2020. V. 161. P. 104976. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.104976

  20. Dobretsova E.A., Xia X., Pant A., Lim M.B., De Siena M.C., Boldyrev K.N., Molchanova A.D., Novikova N.N., Klimin S.A., Popova M.N., Chen Y., Majumdar A., Gamelin D.R., Pauzauskie P.J. Hydrothermal synthesis of Yb3+: LuLiF4 Microcrystals and Laser Refrigeration of Yb3+:LuLiF4/Silicon-Nitride Composite Nanostructures // Laser Photon. Rev. 2021. V. 15. P. 2100019. https://doi.org/10.1002/lpor.202100019

  21. Bloembergen N. Solid State Infrared Quantum Counters // Phys. Rev. Lett. 1959. V. 2. P. 84–85. N. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.84

  22. Ovsyankin V.V., Feofilov P.P. Mechanism of Summation of Electronic Excitations in Activated Crystals // JETP Lett. 1966. V. 3. P. 322–323.

  23. Auzel F.E. Materials and Devices Using Double-Pumped-Phosphors with Energy Transfer // Proc. IEEE. 1973. V. 61. P. 758–786. https://doi.org/10.1109/PROC.1973.9155

  24. Madirov E., Busko D., Cardona F.A., Hudry D., Kuznetsov S.V., Konyushkin V.A., Nakladov A.N., Alexandrov A.A., Howard I.A., Richards B.S., Turshatov A. Comparison of Quantum Yield of Upconversion Nanocrystals Determined by Absolute and Relative Methods // Adv. Photonics Res. 2023. V. 4. № 4. P. 2200187. https://doi.org/10.1002/adpr.202200187

  25. Monks M.-J., Würth C., Kemnitz E., Resch-Genger U. Dopant Ion Concentration-Dependent Upconversion Luminescence of Cubic SrF2:Yb3+,Er3+ Nanocrystals Prepared by a Fluorolytic Sol–Gel Method // Nanoscale. 2022. V. 14. P. 11590–11599. https://doi.org/10.1039/D2NR02337G

  26. Kuznetsov S., Ermakova Y., Voronov V., Fedorov P., Busko D., Howard I.A., Richards B.S., Turshatov A. Up-conversion quantum yields of SrF2:Yb3+,Er3+ sub-micron particles prepared by precipitation from aqueous solution // J. Mater. Chem. 2018. V. 6. P. 598–604. https://doi.org/10.1039/C7TC04913G

  27. Kuznetsov S.V., Fedorov P.P. Morphological Stability of Solid-Liquid Interface during Melt Crystallization of M1–xRxF2+x Solid Solutions // Inorg. Mater. 2008. V. 44. № 13. P. 1434–1458. https://doi.org/10.1134/S0020168508130037

  28. Попов П.А., Федоров П.П. Теплопроводность фторидных оптических материалов. Брянск: Десяточка, 2012. 210 с.

  29. Popov P.A., Sidorov A.A., Kul’chenkov E.A., Anishchenko A.M., Avetissov I.Ch., Sorokin N.I., Fedorov P.P. Thermal Conductivity and Expansion of PbF2 Single Crystals // Ionics. 2017. V. 23. № 1. P. 233–239. https://doi.org/10.1007/s11581-016-1802-2

  30. Shannon R.D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. P. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551

  31. Федоров. П.П., Соболев Б.П. Концентрационная зависимость параметров элементарных ячеек фаз M1–xRxF2+x со структурой флюорита // Кристаллография. 1992. Т. 37. № 5. С. 1210–1219.

  32. Попов П.А., Федоров П.П., Кузнецов С.В., Конюшкин В.А., Осико В.В., Басиев Т.Т. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Ba1–xYbxF2+x // Докл. РАН. 2008. Т. 421. № 2. С. 183–185.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал