Raman scattering study of Ce1-xY(Nd)xO2 nanopowders (original) (raw)
Solgel synthesis of Gd2O3:Nd3+ nanopowders and the study of their luminescent properties
Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021
Предмет исследования. В работе приведены результаты золь-гель синтеза нанопорошков Gd 2 O 3 :Nd 3+ цитратным методом. Исследованы их структуры и люминесцентные свойства. Предложена и опробована методика использования при золь-гель синтезе двух органических стабилизаторов, имеющих различную термическую устойчивость. Изучены люминесцентные свойства полученных Gd 2 O 3 :Nd 3+ порошков в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра. Метод. Для синтеза материалов применен цитратный золь-гель метод. В качестве основных исходных компонентов использованы водные растворы нитратов металлов, а в качестве органических модифицирующих компонентов -лимонная кислота и поливинилпирролидон. Эти компоненты выполняли двойную функцию в процессе синтеза: выступали стабилизаторами формирующихся наночастиц в коллоидных растворах, а также выполняли роль «горючей» добавки, которая при сгорании в процессе термообработки материалов повышает температуру реакционной смеси. Для исследования процессов эволюции структуры материалов при синтезе использованы методы инфракрасной спектроскопии, дифференциальнотермического и термогравиметрического анализов. Основные результаты. Кристаллические нанопорошки Gd 2 O 3 :Nd 3+ получены низкотемпературным золь-гель методом при использовании лимонной кислоты и поливинилпирролидона в качестве стабилизаторов. Данные инфракрасной спектроскопии и дифференциальнотермического и термогравиметрического анализов показывали, что формирование наночастиц Gd 2 O 3 :Nd 3+ начинается на стадии сырого геля. Процесс эволюции развивается во время сушки и термообработки материалов. Показано, что применение двух органических стабилизаторов, имеющих различную термическую устойчивость, обеспечивает стабилизацию формирующихся наночастиц Gd 2 O 3 на разных этапах синтеза в широком температурном диапазоне. При возбуждении синтезированных нанопорошков излучением с длиной волны 238 нм наблюдается люминесценция в ультрафиолетовой части спектра, определяемая электронными переходами в кристаллической матрице Gd 2 O 3 . Полученные Gd 2 O 3 :Nd 3+ нанопорошки демонстрируют интенсивную фотолюминесценцию в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра. Практическая значимость. Экспериментальные данные, полученные в настоящей работе, могут быть применены при разработке технологических процессов производства люминофоров, а также люминесцентных материалов для нанотермометрии в медицине. Ключевые слова золь-гель синтез, спектр поглощения, люминесценция, наночастица, Gd 2 O 3 :Nd 3+ Благодарности Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Белорусского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-58-00054).
Naučno-tehničeskij vestnik informacionnyh tehnologij, mehaniki i optiki, 2024
Введение. В работе исследованы структурные и люминесцентные свойства нанокристаллических порошков состава Y 3 Al 5 O 12 :Re 3+ (Re 3+ = Nd 3+ , Yb 3+ , Ce 3+ ), синтезированных модифицированным методом Печини с использованием поливинилпирролидона в качестве дополнительного стабилизатора и органического «топлива» в ходе синтеза. Метод. Для исследования термической эволюции гелей и свойств конечного продукта применены фурье-спектроскопия, люминесцентная спектроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, сканирующая электронная микроскопия, а также рентгенофазовый анализ. Основные результаты. Показано, что применение модифицированного метода Печини при использовании добавок поливинилпирролидона в исходные растворы обеспечивает получение высокодисперсных порошков алюмоиттриевого граната, содержащих редкоземельные ионы. Установлено, что введение поливинилпирролидона оказывает существенное влияние на эволюцию композиционных гелей при их термообработке и формирование нанокристаллов алюмоиттриевого граната происходит при температуре около 883 °С. Обсуждение. Полученные в работе нанокристаллические порошки могут быть использованы в качестве прекурсоров для спекания лазерной керамики и введены в оптическое волокно для создания усилителей.
Synthesis and Properties of Ceramics from Ferric Oxide Nanopowder
Siberian Journal of Physics, 2013
Possibilities of receiving ceramics from the nanodisperse ferric oxide (II, III) powder are investigated. In a hot pressing facility (by Spark Plasma Sintering method) the ceramics with fine-grained (about 1 micron and less) structure made. Structure of the received ceramics is investigated by the method of scanning electronic microscopy. Radiographic examination of initial nanopowder and the received ceramics is also carried out. If in the phase relation the initial powder and the ceramics sintered at 800 о С are magnetite Fe3O4 (75-1610), the ceramics sintered at 900 о С – Fe3O4 (75-33), and at 1200о С the diffraction picture of a mixture of two phases – a iron protoxide FeO (46-1312) phase and a metal Fe (6-696) phase – took place. Microhardness of the ceramics was 8 GPa, ultimate compression strength – 0,8 GPa. Thereby availability of use of the SPS method is shown
Semiconductors, 2013
Исследованы особенности комбинационного рассеяния света в слоях кремниевых нанонитей диаметром от 50 до 350 нм, полученных химическим травлением в растворах плавиковой кислоты пластин кристаллического кремния (c-Si) с предаварительно нанесенными наночастицами серебра. Использовались пластины c-Si с различной кристаллографической ориентацией и различным уровнем легирования, что обусловило различия в размерах и упорядоченности возникших наноструктур. Установлено, что излучение комбинационного рассеяния света образцов деполяризовано, а его эффективность существенно зависит от длины волны возбуждения. При возбуждении светом с длиной волны 1064 нм отношение интенсивности комбинационного рассеяния света образцов кремниевых нанонитей к соответствующей величине для c-Si составляло от 2 до 5, тогда как с уменьшением длины волны это отношение возрастало для структур с большим диаметром кремниевых нанонитей и большей упорядоченностью и падало для менее упорядоченных структур. Полученные результаты объясняются эффектом частичной локализации света в ансамблях кремниевых нанонитей.
Phase effects on coherent anti-Stokes Raman scattering
J. of applied Spectroscopy, 2021
Исследовано когерентное антистоксово рассеяние света в приближении заданной интенсивности. Показано, что при нелинейно-оптическом процессе рассеяния частоты интенсивной световой волны важно учитывать эффекты самовоздействия и перекрестного взаимодействия, оказывающих непосредственное влияние на оптимальное фазовое соотношение между взаимодействующими волнами. Исследовано пространственное поведение интенсивности когерентной антистоксовой волны и фазы как волны накачки, так и антистоксовой компоненты. В результате нелинейного взаимодействия волн изменяется период пространственных биений. Рассмотрена интенсивность антистоксовой компоненты рассеяния как функция фазовой расстройки, интенсивностей волны накачки и стоксовой волны. Согласно полученным аналитическим выражениям, выбор оптимальных параметров задачи позволяет реализовать режим эффективной генерации антистоксовой компоненты рассеяния. Проведено сравнение процесса генерации антистоксовой компоненты когерентного рассеяния в оптоволокне со случаем генерации в объемной среде. Варьируя интенсивность накачки, можно контролировать и управлять интенсивностью выходного когерентного излучения антистоксовой компоненты. Ключевые слова: когерентное антистоксово рассеяние света, эффект самовоздействия, приближение заданной интенсивности, оптоволокно. Coherent anti-Stokes Raman light scattering is investigated in the constant intensity approximation. It is shown that in the nonlinear optical process of scattering the frequency of an intense light wave, it is important to take into account the effects of self-action and cross-interaction, which have a direct effect on the optimal phase relationship between the interacting waves. The spatial behavior of the intensity of the coherent anti-Stokes wave and the phase of both the pump wave and the anti-Stokes component is investigated. As a result of nonlinear interaction of waves, the period of spatial beats changes. The intensity of the anti-Stokes scattering component is considered as a function of the phase mismatch, the intensities of the pump and the Stokes wave. According to the obtained analytical expressions, the choice of the optimal parameters of the process makes it possible to implement the regime of efficient generation of the anti-Stokes scattering component. The process of generation of the anti-Stokes component of coherent scattering in an optical fiber is compared with the case of generation in a bulk medium. By varying the pump intensity, one can control the intensity of the output coherent radiation of the anti-Stokes component.
Nanopowders of mixed mutual hydroxides of 3d-metal
Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН, пр. Советский 18, 650000, Кемерово, Россия 2 Кемеровский государственный университет, ул. Красная 6, 650043, Кемерово, Россия 3 Кемеровский научный центр СО РАН, пр. Советский 18, 650000, Кемерово, Россия Методом осаждения гидроксидом натрия из водных растворов солей металлов при контролируемых условиях проведения реакций синтезированы мелкодисперсные порошки смешанных гидроксидов (СГ) железа и кобальта, железа и никеля -прекурсоров наноструктурированных двухкомпонентных и трехкомпонентной систем металлов подгруппы железа. Получены наноструктурированные твердые растворы гидроксидов металлов систем: железо-кобальт, железо-никель и железо-кобальт-никель; определены фазовый состав, структурные параметры, распределение частиц по размерам СГ металлов.
Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2015
Аннотация Предмет исследования. Представлены результаты характеризации нанопорошков иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом-YAG:Nd 3+ , методом сканирующей электронной микроскопии. Метод. Синтез YAG:Nd 3+ осуществляли золь-гель методом из нитратных или ацетатно-нитратных растворов с добавлением ряда органических соединений, а также аммиака. В качестве исходных веществ использовали оксиды неодима и иттрия с содержанием основного вещества 99,999%; органические соединения-лимонную кислоту с содержанием основного вещества не менее 99,0%; этиленгликоль (99,5%); лаурилсульфат аммония (99,0%); мочевину (99,0%) фирм Alfa Aesar, Fluka, Aldrich. Оксиды иттрия и неодима (5 ат.%) растворяли в 50% уксусной кислоте, добавляли азотнокислый алюминий в расчете на конечный продукт Y 2,85 Nd 0,15 Al 5,0 O 12 , раствор перемешивали, нагревали до 60 °С до достижения его прозрачности и однородности. Масса навески, соответствующей по стехиометрии YAG, составляла 2,0 г. В водные растворы, помещенные в стеклянные стаканчики, добавляли 50% водные растворы органических веществ или 5% NH 4 OH в весовом соотношении 1:1 к весу граната. Растворы тщательно перемешивали сначала с помощью обычной мешалки, затем на ультразвуковой установке при одновременном 60 °С нагреве в течение 2 часов. Сушку растворов до консистенции порошка или густого геля проводили при 110 °С. Далее образцы помещали в платиновые стаканчики и отжигали в трубчатой печи при 950-1050 °С в течение 0,5-2 часов. С целью осветления порошков для удаления остаточного аморфного углерода проводили дополнительный отжиг порошков на воздухе при 950-1060 °С. Основные результаты. Синтезированные порошкообразные прекурсоры и порошки после отжига исследовали с помощью поляризационного микроскопа с целью выявления анизотропных кристаллических фаз. Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометрах ДРОН-4 и УДР-63, излучение λCu Kα. Для проведения исследований методом сканирующей электронной микроскопии использовали электронный микроскоп Carl Zeiss NVision 40. Полученные результаты свидетельствуют о существенном влиянии добавок в исходные ацетат-нитратные растворы на размер и морфологию частиц при синтезе порошков иттрий-алюминиевого граната золь-гель методом. Сравнительно крупные частицы, не склонные к взаимному спеканию, получены при использовании в качестве добавок этиленгликоля и лаурилсульфата аммония. Практическая значимость. Синтезированные золь-гель методом порошки иттрийалюминиевого граната с использованием в качестве добавок этиленгликоля и лаурилсульфата аммония могут представлять наибольший интерес для создания лазерной керамики YAG:Nd 3+. Ключевые слова иттрий-алюминиевый гранат, прекурсор, лазерная керамика, нанопорошки.
Influence of nanopowder sintering technology on crack resistance of tetragonal zirconium dioxide
Letters on Materials, 2021
The effect of various technological conditions of the preparation of samples from ZrO 2 ceramics stabilized by various additives of yttrium oxide Y 2 O 3 on the fracture toughness of the material has been investigated. Various modes of sintering of samples obtained by the method of co-deposition of nanopowders of zirconium dioxide ZrO 2 and yttrium oxide Y 2 O 3 were performed. An original technique for calculating the critical stress intensity factor from the test data of double cantilever beam specimens with a chevron notch by the wedging method is described. A characteristic feature of the loading diagrams for ceramics based on zirconium dioxide stabilized by additives of yttrium oxide is the presence of a stage of inelastic deformation, which develops without cracking. The mechanism of inelastic deformation is based on the phase transition of the tetragonal modification to the monoclinic modification of the crystal structure. For each mode, the values of fracture toughness characteristics are determined. Ceramics with the composition ZrO 2 + 3 mol% Y 2 O 3 (K Ic = 6.86 MPa • m 1/2) exhibit the maximum crack resistance at a sintering temperature T sint =1500°C for an hour. Deviation from the composition of 3 mol% Y 2 O 3 reduces the fracture toughness. The increase in fracture toughness is favored by the grinding of the powder in a planetary mill. It is generally accepted that mechanical stresses arising at the top of a growing microcrack cause all round compression stresses, since the phase transformation is accompanied by an increase in the unit cell volume by 4%. This stabilizes the microcrack, slowing down its growth. This point of view was confirmed due to the well-known fact that when zirconium dioxide is cooled from 950°C to room temperature during the t → m transition, microcracks are intensively formed in the bulk of the material. However, when wedging a two-cantilever specimen with a chevron notch, the probability of the formation of compression stresses is small. This is also evidenced by the absence of cracking throughout the inelastic stage of material deformation. In the fine-crystalline structure of zirconium ceramics under loading, favorable conditions arise for the relaxation of shear stresses through the t → m transition.
Physics of the Solid State
Two samples of detonation-synthesized ultradispersed diamond have been studied using X-ray diffractometry and small-angle X-ray scattering. It has been shown based on the X-ray diffractometry data that two samples contain regions with both the diamond and graphite-like lattices. Grain radii inside both samples are evaluated from the small-angle scattering data as 30–50 nm. The samples also contain low-dimensional components. A broad Bragg peak corresponding to a set of interplanar distances from 5 to 15 nm is revealed in the small-angle scattering curve of sample no. 1. A structural model of ultradispersed diamond particles, which represents the diamond core surrounded by concentric graphite shells similar to the onionskin, is confirmed. Original Russian Text © M.D. Sharkov, M.E. Boiko, S.N. Ivashevskaya, S.G. Konnikov, 2014, published in Fizika Tverdogo Tela, 2014, Vol. 56, No. 11, pp. 2265–2268.
Soviet Physics Uspekhi, 1977
ФИЗИЧЕСКИХ НАУК [33;.5Л.535.3]+548 НЕ УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО И СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЙ В КРИСТАЛЛАХ, КОГЕРЕНТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В НЕУПРУГОМ РАССЕЯНИИ*) В. А. Бушу ев, Р. Н. Кузьмин СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 81 2. Комптон-эффект и импульсное распределение электронов 83 а) Теория комптон-эффекта. Импульсная аппроксимация (84). б) Основные принципы и результаты экспериментального [определения коыптоновских профилей (88). 3. Рассеяние рентгеновских лучей на плазмонах 90 а) Закон дисперсии (93). б) Затухание плазмонов (94). в) Анизотропия (95). г) Температурная зависимость (96). д) Локальные плазмоны (97). 4. Комбинационное рассеяние рентгеновских лучей 97 а) Спектральное распределение интенсивности (99). б) Линейчатое комбинационное рассеяние (101). в) Резонансное комбинационное рассеяние (105). 5. Параметрическое рассеяние 108 6. Феноменологический подход к описанию неупругого рассеяния рентгеновских лучен 112 7. Когерентные эффекты в неупругом рассеянии 116 Цитированная литература 120 1. ВВЕДЕНИЕ Изучение процессов, происходящих при рассеянии электромагнитного излучения, дает чрезвычайно обширную информацию о строении и свойствах вещества. Объем и характер этой информации существенно зависит от диапазона длин волн применяемого излучения и области частотноуглового спектра, в которой ведется наблюдение. По частотному признаку различают, как известно, два вида рассеяния -упругое, при котором частота рассеянных волн равна частоте основного излучения, и неупругое, т. е. происходящее со смещением частоты. О таких видах говорят еще «когерентное» и «некогерентное», однако эти термины мы будем в дальнейшем использовать для обозначения пространственной когерентности при рассеянии. Рассеяние рентгеновских лучей является распространенным и полезным методом для исследования многих свойств вещества. Хорошо известно, что с помощью дифракции рентгеновских лучей, являющейся упругим когерентным, т. е. брэгговским рассеянием, достигнут значительный успех в расшифровке пространственной структуры кристаллов и биологических молекул. Настоящий обзор посвящен рассмотрению неупругого рассеяния в рентгеновском диапазоне длин волн (к ~ 0,1-10 А), интерес к которому *) Сокращенный текст обзора был доложен на заседании семинара по синхротронному излучению в Институте физических проблем АН СССР 27 июня 1975 г. © Главная редакция физико-математической о УФН, т. 122, вып. 1 литературы издательства «Наука», «Успехи физических наук», 1977 г.