ボロンとリンによって改変されたシリカ主体ガラスにおける発光三価セリウムの安定性

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 固体化学 固体化学
• 発光する光度 (luminescence)

背景:

• 希土ドーピングガラスは,光学アプリケーションにおいて極めて重要です.
• セリウム (Ce) のような希土イオンの酸化状態を制御することは,発光特性最適化に鍵となる.
• ボロシリケート,フォスフォシリケート,ボロフォスフォシリケートガラスは,ドーパントの異なる宿主マトリクスを提供します.

研究 の 目的:

• 異なるガラスマトリックス (ボロシリケート,フォスフォシリケート,ボロフォスフォシリケート) がセリウムイオンの行動と発光に及ぼす影響を調査する.
• セイオンとガラスのネットワーク構造の相互作用を理解する.
• Ce(3+) 酸化状態の安定化と光発光の強化を相関させる.

主な方法:

• ガラスを製造するためのソルゲル法.
• 構造分析のための高解像度伝送電子顕微鏡 (HRTEM).
• 核磁共振 (NMR) スペクトロスコーピー ((31) P, (29) Si, (11) B MAS NMR) で,局所環境を調査する.
• 電子パラマグネティック共振 (EPR) と紫外線による吸収スペクトロスコーピーは,酸化状態と電子トランジションを決定します.

主要な成果:

• フォスフォシリケート (PSG) とボロフォスフォシリケート (BPSG) のガラスでは,Ce3+) イオンがリン基と相互作用し,CeO2分離とCe3+) からCe4+) の酸化を抑制し,Ce:Siのモラ比が5×10−3になるまで抑制する.
• ボロシリケート (BSG) グラスでは,セリウムはボロン単位と連携せず,低濃度でも,純粋なシリカガラス (SG) に似たCe3+) 酸化を引き起こします.
• 同質なセリウム分散と安定したCe3+) 酸化状態に起因する,BSGとSGと比較して,PSGとBPSGで光発光強度の上昇が観察されました.

結論:

• リン酸ガラスとボロリン酸ガラスのネットワークは,Ce3+) イオンを効果的に安定させ,均質な分散を促進し,酸化を防止します.
• フォスファート群とのCe ((3+) の相互作用は,これらのガラスシステムにおける光発光の強化に極めて重要です.
• BSGメガネは,特定のイオン-マトリックス相互作用が欠如しているため,PSGとBPSGと比較して,発光アプリケーションのCe(3+) の安定化に効果が低い.