Synthesis and characterization of phosphorescent strontium aluminate compounds

Abstract

Fosforesans tahrik kaynağı kapalı olduğunda ışık yayınımının halen devam etmesi durumuna verilen genel addır. Fosforesans, aktif elektronik konfigürasyona sahip uygun elementlerin uygun kristal yapılı malzeme içerisine katkılandırılmasıyla meydana gelir. Verimli bir fosforesans yayınımı için (uzun yayınım süresi ve yüksek ışık şiddeti) hem katkılandırma iyonu hem de matris malzemesi önem taşır. SrAl2O4, SrAl4O7, SrAl12O19, gibi stronsiyum alüminatlar fosforesans özellikleri nedeniyle geçtiğimiz 20 sene içerisinde dikkat çekmişlerdir. Bu malzemeler uzun süreli yayınımları, yüksek kuantum verimlilikleri, kolay imal edilebilirlikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle diğer malzemelerden daha ön plana çıkmışlardır.Bu tezin odağı değişik stokiyometrik oranlardaki stronsiyum alüminat bileşiklerini Eu2+, Dy3+ ve boron ile katkılandırılmasıyla elde etmektir. Eu2+ malzemeye fosforesans özelliğini katarken, Dy3+ yayınım süresini artırıcı rol oynar. Boron ise kristal yapıyı teşvik eder ve yayınım süresini artırır. Bu tezin genel amacı ise yayınım süresi yüksek (bir saatten fazla) fosforesans malzemeler geliştirmektir. Bu amaçla, orijinal Pechini süreci üzerinde değişiklikler yapılmış ve yeni bir metod önerilmiştir. Önerilen bu metod kolay uygulanışı, düşük sıcaklıkları gerektirmesi ve maliyetinin düşük olması nedeniyle önceki çalışmalardan daha verimlidir. Ayrıca bu metotla stronsiyum alüminat bileşiklerine %30'a kadar boron katkılandırılabilmektedir. Bahsedilen bu avantajlar deneysel çalışmalarla ispatlanmıştır.

The emission of light after the excitation source is switched off is known as phosphorescence. Phosphorescence occurs when suitable elements with active electronic configuration are doped into certain host materials. For an efficient phosphorescence emission (long after glow time and high intensity), both the dopant ion and the host material are critical. Strontium aluminates, such as SrAl2O4, SrAl4O7, SrAl12O19, have gained attention for the last two decades due to their phosphorescence behavior upon doping with rare earth elements such as Eu, and Dy. These phosphorescent materials are superior to other materials of this kind as they have long after glow times with high quantum efficiency; they are easy to produce with alternating methods and are low cost materials.The focus of this thesis is on the different stoichiometric compounds of strontium aluminates with the dopants Eu2+, Dy3+, and boron. Eu2+ introduces phosphorescence whereas Dy3+ is used to increase the after glow time. Boron on the other hand improves the crystallinity, and also the after glow time. The general aim of this thesis is to develop materials with long after glow duration i.e more than one hour. A modified version of the Pechini process is proposed in order to accomplish the objective. The proposed procedure is one step ahead from the previous studies as it is an easy, low-temperature and low-cost method. Moreover, by the proposed method, strontium aluminate compounds can be incorporated with up to 30% boron without disturbing the crystal lattice and hence without lowering the crystallinity. These advantages are also verified experimentally.