Nadir toprak elementi katkılı lityum borat fosforunun sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Çalışmada yaygın olarak kullanılan geleneksel katıhal sentez yöntemi ile nadir toprak elementi olan terbiyum (Tb) katkılı lityum borat fosforları ilk defa sentezlenmiştir. Sentezlenen terbiyum katkılı lityum borat fosforların yapısal ve lüminesans özelliklerini araştırmak için X-ışını kırınımı (XRD) analizi, radyolüminesans (RL) ve termal uyartımlı lüminesans (TSL) yöntemleri kullanılmıştır. 1200 °C'de sentezlenen lityum borat fosforlarının XRD desenleri incelendiğinde monoklinik yapıya sahip olduğunu görülmüştür. Sentezlenen terbiyum katkılı lityum borat fosforun RL spektrumu, üç değerlikli oksidasyon durumunda terbiyum iyonlarının mevcut olduğunu ortaya koymuştur. RL ölçümleri, Tb+3 in tipik 4f 4f alt yapısına karşılık gelen ışıma durumu 5D4→7F6, 5D4 →7F5, 5D4→7F4 ve 5D4→7F3 serisinin ortaya çıktığını ve yaklaşık 541 nm'de ana ışıma pikinin olduğunu göstermektedir. Yeni hazırlanmış terbiyum katkılı lityum borat fosforun TSL kinetik parametreleri hesaplanmıştır. LiBO2:Tb+3, 90 ve 155 °C civarında iki TSL ışıma eğrisi göstermiştir. Malzemenin ana ışıma piki (155 °C) ile ilişkili aktivasyon enerjisi (tuzak derinliği) ve frekans faktörü (s) olarak adlandırılan kinetik parametreler pik şekli (PS) ve çeşitli ısıtma hızları (VHR) yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir.

Rare earth element terbium doped lithium borate phosphor was synthesized by conventional solid-state reaction method for the first time. X-ray diffraction (XRD) analysis, radioluminescence (RL) and thermally stimulated luminescence (TSL) techniques were used to investigate structural and luminescence properties of terbium doped lithium borate phosphors. XRD patterns confirm that the lithium borate phosphors sintered at 1200 °C exhibit monoclinic structure. RL spectrum of synthesized terbium doped lithium borate phosphor revealed that terbium ions represent in trivalent oxidation states. RL measurements shows that the series of emission state 5D4→7F6, 5D4 →7F5, 5D4→7F4 and 5D4→7F3, corresponding to the typical 4f-4f infra-configuration forbidden transitions of Tb+3, are appeared and major emission peak is around at 541 nm. The TSL kinetic parameters of a newly synthesized terbium doped lithium borate phosphor have been calculated. The LiBO2:Tb3+exhibits two TSL glow curves at around 90 and 155 °C. The kinetic parameters, namely activation energy (trap depth) and frequency factor (s) associated with the main glow peak (155 °C) of the material were determined using peak shape (PS) and various heating rates (VHR) methods.