Search

Актуальність теми: Останнім часом у люмінофорах червоного світіння домішку марганцю було запропоновано у якості більш дешевої альтернативи небезпечним рідкоземельним домішкам, що зазвичай використовуються у цих люмінофорах. Але, на жаль, фторидні сполуки, необхідні як сполучна речовина для марганцю, призводять до забруднення навколишнього середовища, оскільки в процесі виготовлення використовується концентрована флуоридна кислота. В свою чергу титанати магнію з центрами люмінесценції, пов’язаними з марганцем, є екологічно-чистими люмінофорами червоного світіння, що не містять рідкоземельних елементів та фтору. Тому вивчення електронної структури домішки Mn, що відповідає за люмінесцентні властивості титанатів магнію, є актуальною задачею для подальшого застосування цих матеріалів при виготовленні світлодіодних приладів, які імітують природне сонячне світло. Об’єкт дослідження: керамічні зразки MgTiO3:Mn та Mg2TiO4:Mn з концентрацією Mn 0.1%, отримані шляхом змішування порошків MgO та TiO2, додаванням водного розчину MnSO4 та подальшого відпалу за 1200С в атмосфері кисню. Предмет дослідження: електронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Мета роботи: встановлення електронної структури парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем та аналіз отриманих даних. Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс. Задачі дослідження: провести аналіз літератури за темою: «Електронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, в титанатах магнію»; методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) встановитиелектронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Наукова новизна одержаних результатів: Встановлено, що концентрація парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, вища у MgTiO3, ніж у Mg2TiO4. Встановлено, що парамагнітний центр Mn2+ (S = 5/2), має короткі часи спінової релаксації, та уточнено параметри його спінового Гамільтоніана у керамічних зразках MgTiO3. Виявлено температурну залежність параметра розщеплення в нульовому полі D для іонів Mn2+ у MgTiO3, яку було пояснено коливаннями гратки, застосовуючи модель Дебая. Виявлено парамагнітний центр, пов’язаний з марганцем, який може бути віднесений як до заборонених переходів від Mn2+, так і до іонів Mn4+ (S = 3/2) у MgTiO3. Практичне значення одержаних результатів: Отримані результати мають важливе значення для розуміння природи світловипромінюючих центрів у титанатах магнію та їх подальшого застосування при створенні світлодіодів. Отримані параметри спінового Гамільтоніана для домішки марганцю мають важливе значення для подальших теоретичних розрахунків, зокрема визначення просторового розподілу електронної хвильової функції марганцю у MgTiO3. Actuality: Recently, manganese impurity in the red-emitting phosphors has been proposed as a cheaper alternative to the hazardous rare-earth impurities commonly used in these phosphors. But, unfortunately, fluoride compounds, necessary as a binder for manganese, lead to environmental pollution, since concentrated hydrofluoric acid is used in the manufacturing process. Magnesium titanates with luminescence centers associated with manganese, in turn, are environmentally friendly red luminophores that do not contain rare-earth elements and fluorine. Therefore, the study of the electronic structure of the Mn impurity, which is responsible for the luminescent properties of magnesium titanates, is an actual task for the further use of these materials of LED devices that simulate natural sunlight. The object of research: ceramic samples of MgTiO3:Mn and Mg2TiO4:Mn with a Mn concentration of 0,1%, obtained by mixing MgO and TiO2 powders, adding an aqueous solution of MnSO4 and further annealing at 1200C in an oxygen atmosphere. The research subject: electronic properties of paramagnetic centers associated with manganese in ceramic samples of magnesium titanate doped with manganese. Purpose of work: determination of the electronic structure of paramagnetic centers associated with manganese in ceramic samples of magnesium titanate doped with manganese and analysis of the data obtained. Research methods: electron paramagnetic resonance. Research tasks: to analyze the literature by the topic: "Electronic properties of paramagnetic centers associated with manganese in magnesium titanate"; to establish the electronic properties of paramagnetic centers associated with manganese in ceramic samples of magnesium titanate doped with manganese using the electron paramagnetic resonance (EPR) method. The novelty of the research: It was found that the concentration of paramagnetic centers associated with manganese is higher in MgTiO3 than in Mg2TiO4. A paramagnetic center Mn2+ (S = 5/2) with short spin relaxation times was revealed.The parameters of its spin Hamiltonian in ceramic MgTiO3 samples were found. The temperature dependence of the zero-field splitting parameter D for Mn2+ in MgTiO3 was revealed, which was explained by lattice vibrations using the Debye model. A paramagnetic center associated with manganese was revealed, which can be attributed either to forbidden transitions from Mn2+ to Mn4+ (S = 3/2) in MgTiO3. The practical significance of the obtained results: The obtained results are important for understanding the nature of light-emitting centers in magnesium titanates and their further application in the development of light-emitting diodes. The obtained spin Hamiltonian parameters for the manganese impurity are important for further theoretical calculations. In particular, for the determination of the spatial distribution of the electron wave function of manganese in MgTiO3.

Актуальність теми: Однією з основних задач, пов’язаних з широким використанням світлодіодів є отримання білого світла. Саме білі світильники є найбільш затребувані в основних сферах застосування світлодіодів, пов’язаних з освітленням. Найбільший інтерес представляють світлодіоди білого світла з нейтральним та «теплим» білим свіченням. На даний час найпоширенішою технологією отримання білого світла є нанесення жовтого люмінофора – кристалів алюмоітрієвого граната, активованого іонами церію, на напівпровідникову основу – синій діод на базі InGaN. Однак такі світлодіоди мають низький коефіцієнт кольоропередачі, і так зване «холодне» біле світло, оскільки їх випромінювання не охоплює весь видимий діапазон. Задля отримання нейтрального або «теплого» білого світла, що є більш затребуваним при освітленні житлових приміщень, у сучасних світлодіодах такого типа необхідно збільшувати червону складову спектра свічення, тобто, додавати до існуючого жовто-зеленого люмінофора червоний із довжиною хвилі 580-650 нм. Для розв’язання цієї проблеми застосовують червоні люмінофори, зокрема леговані марганцем, що мають інтенсивну широку смугою збудження у ультрафіолетовій і блакитних областях та інтенсивне випромінюванням у червоній області. Титанати магнію, що включають до себе Mg2TiO4 та MgTiO3, леговані марганцем, наразі є перспективними червоними люмінофорами, тому вивчення люмінесцентних властивостей цих матеріалів є актуальною задачею для створення люмінофорних світлодіодів на їх основі. Об’єкт дослідження: керамічні зразки MgTiO3:Mn з концентрацією Mn 0.1% і 1.0% та Mg2TiO4:Mn з концентрацією Mn 0.01-1.0%, які було отримано перемішуванням порошків MgO та TiO2, наступним додаванням водного розчину MnSO4 та термічним відпалом від 1050С до 1200С в атмосфері кисню.Предмет дослідження: оптичні властивості люмінесцентних центрів, пов’язаних з марганцем у титанатах магнію. Мета роботи: встановлення природи центрів, пов’язаних з марганцем, що відповідають за люмінесцентні властивості титанатів магнію та аналіз отриманих даних. Методи дослідження: фотолюмінесценція. Задачі дослідження: провести аналіз літератури за темою: «Люмінесцентні властивості червоних фосфорів на основі титанатів, активованих марганцем»; методом фотолюмінесценції встановити оптичні властивості центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Наукова новизна одержаних результатів: Виявлено, що марганець в Mg2TiO4 переважно має зарядовий стан +4, Mn4+, хоча присутні також іони в зарядовому стані +2, Mn2+, концентрація яких на два порядки величини менша за номінальну концентрацію легуючої домішки. Встановлено, що марганець в MgTiO3 переважно має зарядовий стан +2, Mn2+. Водночас не виявлено ФЛ, зумовленої іонами Mn2+ при збудженні світлом УФ та видимого діапазонів. Виявлено, що інтенсивність червоної ФЛ у фосфорах MgTiO3:Mn в 300 разів менша за інтенсивність червоної ФЛ у фосфорах Mg2TiO4:Mn. Запропоновано, що низька інтенсивність червоної ФЛ іонів Mn4+ у фазі MgTiO3 зумовлена низькою концентрацією іонів Mn4+, значним термічним гасінням інтенсивності ФЛ за кімнатної температури і частковим поглинанням УФ світла збудження побічною фазою MgTi2O5. Практичне значення одержаних результатів: Отриманий результат стосовно того, що максимальна інтенсивність червоної ФЛ іонів Mn4+ у фосфорах Mg2TiO4:Mn спостерігається при концентраціях легуючої домішки марганцю 0.1 %, має важливу практичну цінність для подальшого застосування цих матеріалів для білих світлодіодів. Relevance of the topic: One of the main tasks associated with the widespread use of LEDs is to obtain white light. White light lamp are the most popular in the main applications of LEDs related to lighting. Of great interest are white LEDs with a neutral and "warm" white glow. To date, the most common technology for obtaining white light is the deposition of a yellow phosphor - crystals of aluminum-yttrium garnet, activated by cerium ions, on a semiconductor substrate - a blue diode based on InGaN. However, such LEDs have a low color rendering index, and the so-called "cold" white light, because their emission does not cover the entire visible range. In order to obtain neutral or "warm" white light, which is more popular in residential lighting, it is needed to increase the red component of the emitting spectrum in the modern LEDs by adding to the existing yellow-green phosphor a red one with a wavelength of 580-650 nm. To solve this problem, the red phosphors are used, in particular manganese-doped, which have an intense broad excitation band in the ultraviolet and blue ranges and intense emission in the red range. Magnesium titanates, including Mg2TiO4 and MgTiO3 doped with manganese, are currently perspective red phosphors, therefore the study of the luminescent properties of these materials is an urgent task to create phosphor LEDs based on them. The object of research: ceramic samples of MgTiO3:Mn with a concentration of Mn 0.1% and 1.0% and Mg2TiO4:Mn with a concentration of Mn 0.01-1.0%, which were obtained by mixing MgO and TiO2 powders, followed by the addition of an aqueous solution of MnSO4 and thermal annealing from 1050 C to 1200 C in an oxygen atmosphere. The research subject: optical properties of luminescent centers associated with manganese in magnesium titanates. Purpose of work: to establish the nature of the centers associated with manganese, which are responsible for the luminescent properties of magnesium titanates and analysis of the obtained data.Research methods: photoluminescence. Research tasks: to analyze the literature of the topic: " Luminescent properties of titanate-based red phosphorus activated by manganese"; use the photoluminescence method to determine the optical properties of manganesebound centers in manganese-doped magnesium titanates ceramic samples. The novelty of the research: It was found that manganese in Mg2TiO4 mainly has a charge state of +4, Mn4+, although there are also ions in the charge state of +2, Mn2+, the concentration of which is two orders of magnitude less than the nominal concentration of the alloying impurity. It is established that manganese in Mg2TiO3 mainly has a charge state of +2, Mn2+. At the same time, PL caused by Mn2+ ions was not detected when excited by UV light and visible ranges. It was found that the intensity of red PL in phosphors MgTiO3:Mn is 300 times less than the intensity of red PL in phosphors MgTiO4:Mn. It is proposed that the low intensity of red PL of Mn4+ ions in the MgTiO3 phase is due to the low concentration of Mn4+ ions, significant thermal quenching of the PL intensity at room temperature and partial absorption of UV excitation light by the indirect phase of Mg2TiO5. The practical significance of the obtained results: The obtained results that the maximum intensity of red PL of Mn4+ ions in phosphors MgTiO4:Mn is observed at concentrations of manganese doping impurity of 0.1%, has important practical value for further application of these materials for white LEDs.