Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия:

Л. Н. Мишенина, доцент кафедры неорганической химии химического факультета, канд. хим. наук, эл. почта: lnmishenina@gmail.com
А. Ю. Ягодина, аспирант кафедры неорганической химии химического факультета
Л. А. Селюнина, доцент кафедры неорганической химии химического факультета, канд. хим. наук

С использованием нитрат-цитратной золь-гель технологии получены ортоалюминат иттрия со структурой перовскита YAlO₃ и люминофоры на его основе, содержащие ионы европия(III) Y_1–хEu_xAlO₃ (x = 0,01; 0,025; 0,050; 0,075; 0,1). Проведенные исследования позволили выявить динамику фазовых и структурных превращений при синтезе ортоалюмината иттрия. Основные стадии образования алюмината иттрия установлены термическим и рентгенофазовым методами анализа, количественный анализ выполнен полнопрофильным методом Ритвельда с использованием программы ReX Powder diffraction. Формирование конечного продукта включает стадии образования золя с последующим его переходом в гель, при высушивании которого образуется ксерогель. При термической обработке ксерогеля разрушается органический каркас с выделением газообразных продуктов. Твердофазное взаимодействие при образовании YAlO₃ включает стадии образования оксокарбоната иттрия – алюминия Y₃Al₃O₈CO₃ и алюминатов иттрия Y₄Al₂O₉ и Y₃Al₅O₁₂. Максимального содержания 83 % (мас.) ортоалюмината YAlO₃ достигают отжигом при температуре 1300 ^oC в течение 7 ч. Введение ионов европия(III) приводит к стабилизации структуры перовскита, массовая доля YAlO₃ в конечном продукте увеличивается при повышении концентрации ионов европия(III). Максимальное содержание целевой фазы составляет 96 % (мас.) при введении в матрицу 0,1 моль Eu³⁺. Морфология поверхности алюмината иттрия исследована методом сканирующей электронной микроскопии, синтез при температуре 1300 ^oC позволяет получить частицы, однородные по размеру и форме зерна. Исследованы люминесцентные свойства кристаллофосфоров на основе ортоалюмината иттрия. Люминофоры, содержащие ионы Eu³⁺, состава Y_{1 – х}Eu_xAlO₃ (x = 0,01; 0,025; 0,050; 0,075; 0,1) характеризуются красным цветом свечения, характерным для Eu³⁺ в кристаллических матрицах. Максимальной интенсивностью излучения обладает люминофор состава Y_0,9Eu_0,1AlO₃.

Исследование выполнено при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030).

1. Singh D., Kadyan S., Bhagwan S. Structural and photoluminescence characteristics of M₃Al₅O₁₂:Eu³⁺ (M = Y, Gd and La) nanophosphors for optoelectronic applications // J. Mater Sci: Mater Electron. 2017. Vol. 28. P. 13478–13486.
2. He X., Liu Х., Li R. et al. Effects of local structure of Ce³⁺ ions on luminescent properties of Y₃Al₅O₁₂:Ce // Scientific Reports. 2016. Vol. 6, No. 1. 22238.
3. Sehrawat P., Malik K., Khatkar S. P., Taxak V. B. Highly efficient green-glimmering Y₃Al₅O¹²:Er³⁺ NPs for next generation electro-optic appliances, mainly white-LEDs and solar-cells // Chemical Physics Letters. 2021. Vol. 773. 138592.
4. Liu W., Zhang Q. Growth and spectral properties of Pr³⁺-doped Y₃Al₅O₁₂ crystal for potential use in all-solidstate visible laser // Materials Research Innovations. 2017. Vol. 21, No. 2. Р. 65–68.
5. Хоссейнифардa М., Голдуз Х., Бадией А., Ахмади К. Синтез, исследование и люминесцентные свойства нано люминофора YAG:Re (Ce, Sm и Gd) методом катодного электроосаждения // Электрохимия. 2020. Т. 56, № 2. С. 187–192.
6. Zheng R., Ding J., Zhang Q. et al. Dy³⁺-doped Y₃Al₅O₁₂ transparent ceramic for high efficiency ultraviolet excited single–phase white–emitting phosphor // Journal of the American Ceramic Society. 2018. Vol. 102, Iss. 6. Р. 3510–3516.
7. Гурвич А. М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. — М. : Высшая школа, 1971. — 336 с.
8. Михайлов Г. Г., Макровец Л. А. Термодинамическое моделирование фазовых равновесий с оксидными системами, содержащими РЗМ. Сообщение 2. Диаграммы состояния оксидных систем с Y₂O₃ // Вестник ЮУрГУ. 2014. № 4. С. 5–10.
9. Баранова Г. В., Гринберг Е. Е., Жариков Е. В. Золь-гель процесс получения тонкодисперсной шихты иттрий-алюминиевого граната с использованием модифицированной алкоксидной технологии // Успехи химии и химической технологии. 2008. Т. 22, № 10. С. 22–26.
10. Ross N. L., Zhao J., Angel R. J. High-pressure single-crystal X-ray diffraction study of YAlO₃ perovskite // Journal of Solid State Chemistry. 2004. Vol. 177, Iss. 4. P. 1276–1284.
11. Bertaut F., Mareschal J. Un nouveau type de structure hexagonale: AlTO₃ (T = Y, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er) // Comptes Rendus Hebdomadaires des Seances de l’Academie des Sciences (1884–1965). 1963. Vol. 257. P. 867–870.
12. Yamaguchi O., Matui R., Shimizu K. Formation of YAlO₃ with garnet structure // Ceramics international. 1985. Vol. 11, Iss. 3. P. 107, 108.
13. Euler F., Bruce I. Oxygen coordinates of compounds with garnet structure // Acta Сrystallography. 1965. Vol. 19. P. 971–978.
14. Yamane H., Shimada M., Hunter B. A. High-temperature neutron diffraction study of Y₄Al₂O₉ // Journal of Solid State Chemistry. 1998. Vol. 141. P. 466–474.
15. Kutyin A. M., Rostokina E. Y., Gavrishchuk E. M. et al. Kinetics and formation mechanism of yttrium aluminum garnet from an amorphous phase prepared by the sol-gel method // Ceramics International. 2015. Vol. 41, Iss. 9. Part 1. P. 10616–10623.
16. Abdul Halim A. A. A., Sudin I., Wan Ali W. F. F. et al. Formation of yttria aluminium garnet by microwave sintering // Materials Science Forum. 2020. Vol. 1010. P. 222–227.
17. Akiyama S., Moriyama R., Tanaka J. et al. Effects of particle size of raw materials on phase formation and optical properties of Ce³⁺-doped Y₃Al₅O₁₂ phosphors // Optical Materials. 2021. Vol. 121. P. 111549.
18. Симоненко Н. П., Симоненко Е. П., Севастьянов В. Г., Кузнецов Н. Т. Получение тонких наноструктурированных пленок иттрий-алюминиевого граната (Y₃Al₅O₁₂) с применением золь-гель технологии // Журнал неорганической химии. 2016. Т. 61, № 6. С. 703–709.
19. Кудряшова Ю. С., Здравков А. В., Абиев Р. Ш. Синтез иттрий-алюминиевого граната с использованием микрореактора со сталкивающимися струями // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47, № 3. С. 330–336.

20. Хорошко Л. С. Структурные, электронные и люминесцентные свойства легированных лантаноидами алюмоиттриевых композитов, получаемых золь-гель методом. — Минск : Бестпринт, 2020. — 127 с.
21. Ивлев В. И., Фомин Н. Е., Юдин В. А. и др. Термический анализ. Ч. 1 : Методы термического анализа. — Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2017. — 44 с.
22. Bortolotti M., Lutterotti L., Lonardelli I. ReX: a computer program for structural analysis using powder diffraction data // Journal of applied crystallography. 2009. Vol. 42. P. 538, 539.
23. Дмитриенко А. О. Разработка и апробация критерия достоверности и точности геометрических параметров, полученных по данным порошковой дифракции : дис. … канд. хим. наук. — M., 2015. — 131 c.
24. Li J., Smith A. E., Jiang P. et al. True Composition and structure of hexagonal "YAlO3", Actually Y₃Al₃O₈CO₃ // Inorganic chemistry. 2015. Vol. 54, Iss. 3. P. 837–844.
25. Неорганическая химия : в 3 т. / под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 3 : Химия переходных элементов. Кн. 2. — М. : Издательский центр «Академия», 2007. — 304 с.
26. Колесников И. Е. Исследование люминесцентных свойств оксидных нанокристаллических порошков, легированных ионами европия : дис. … канд. физ.-мат. наук. — Санкт-Петербург, 2015. — 134 с.