Studies on sol-gel processes accompanying formation of the yttrium aluminum garnet nanocrystals

• Autorzy: Loiko E. M. , Lipińska L. , Dobrowolski J. C. , Rzepka A.

Warianty tytułu

PL

Badanie procesów zol-żel zachodzących przy wytwarzaniu nanokrysztalicznych proszków granatu itrowo aluminiowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The sol-gel processes of YAG and YAG doped Nd are presented. The mechanism of YAG powders formation by sol-gel method is described. The gel is formed by reaction of inorganic salts or oxides Y, Al, Nd elements with acetic acid and ethylene glycol. Conditions of sol-gel processes in the range of temperature treatment from 100°C to 1000°C and mechanism of reactions are investigated using DTA, X-ray diffraction and infrared spectroscopic methods. Size, shape, and morphology of the surface of the YAG powders are characterized by scanning electron microscope. Finally one phase of YAG and yttrium substituted by neodymium up to 28% at. are found. At higher concentration of Nd (up to 100% at.) two phases of garnet and perovskite type are detected.

PL

Metodę zol-żel wykorzystano do otrzymywania nanokrystalicznych granatów YAG i YAG:Nd. Przedstawiono mechanizm powstawania proszków o krystalicznej strukturze granatu. Odpowiednie żele otrzymywano w reakcji nieorganicznych soli lub tlenków pierwiastków Y, Al, Nd z kwasem octowym i glikolem etylenowym. Poszczególne etapy procesu zol-żel oraz reakcje zachodzące podczas obróbki termicznej kserożeli w zakresie od 100°C do 1000°C badano metodami: analizy termicznej DTA, dyfrakcji rentgenowskiej XRD, oraz spektroskopii w podczerwieni IR. Rozmiar, kształt oraz morfologię powierzchni proszków charakteryzowano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej SEM. Otrzymano jednofazowe proszki czystego granatu YAG i domieszkowanego neodymem w ilościach aż do 28%. Dla wyższych zawartości neodymu (do 100%) obserwowano występowanie dwóch faz - granatu i perowskitu.

Słowa kluczowe

PL

wytwarzanie nanokrysztalicznych proszków granatu itrowo aluminiowego; badanie procesów zol-żel; analiza termiczna (ATD); dyfrakcja rentgenowska; XRD; spektroskopia w podczerwieni; skaningowa mikroskopia elektronowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 34, nr 3-4
• Strony: 74--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Loiko E. M.

autor

Lipińska L.

autor

Dobrowolski J. C.

autor

Rzepka A.

• Institute of Electronics Materials Technology, Wólczyńska 133 str., 01-919 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Uhlmann D.R., Boulton J.M., Teowee G.: New optical materials by wet chemical processing, J. Non-Cryts. Solids, 196, 1996 26-36
• [2] Brinker C.J., Scherer G.W.: Sol-gel science: The physics and chemistry of sol-gel processing. Academic Press, New York, 1990
• [3] Wright J.D., Sommerdijk A.J.M.: Sol-gel materials: chemistry and applications, Gordon and Breach Science Publishers, The Netherlands, 2001
• [4] Reifeld R.: Prospects of sol-gel technology towards luminescent materials. Opt. Mater. 16, 2001, 1-7
• [5] Livage J.: Sol-gel processes, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2, 1997, 132-138
• [6] Bhandarkar S.: Sol-gel processing for optical communication technology, J. Am. Ceram. Soc., 87,7, 2004, 1180-1199
• [7] Cheng S.D. et al.: Fluorescence properties of Er3+: LiNbO3 sol-gel powder. Materials Letters, 45, 2000, 19-22
• [8] Cheng S.D. et al.: Fluorescence properties of Nd3+: LiNbO3 sol-gel derived powders. Materials Letters, 48, 2001, 369-373
• [9] Legendziewicz J., Stręk W., Sokolnicki J., Hreniak D., Zolin V.: Optical properties of Nd3+ in silica ceramics obtained by the sol-gel method. Opt. Mater., 19, 2002, 175-181
• [10] Hreniak D., Stręk W., Mazur P., Pazik R., Ząbkowska-Wacławek M.: Luminescence properties of Tb3+:Y3Al5O12 nanocrystallites prepared by the sol-gel method, Opt. Mater. 26, 2004, 117-121
• [11] Muliuoliene I. et al.: Evidence of the formation of mixed-metal garnets via sol-gel synthesis. Opt. Mater. 22, 2003, 241-250
• [12] Pullar R.C., Taylor M.D., Bhattacharya A.K.: The zintering behaviour, mechanical properties and creep resistance of aligned polycrystalline ytrium aluminium garnet (YAG) fibres, Produced from an Aqueous Sol-Gel Precursor. J. Europ. Ceram. Soc.,. 19, 1999, 1747-1758
• [13] Pullar R.C., Bhattacharya A.K.: Polycrystalline yttrium aluminium Garnet (YAG) fibres produced from the steaming of an aqueous sol-gel precursor. Materials Letters 39, 1999, 173-178
• [14] Ikesue A.: Polycrystalline Nd:YAG ceramics lasers. Optical Materials,l9, 2002, 183-187
• [15] Ikesue A., K. Kamata, K. Yoshida, Effects of neodymium concentration on optical characteristics of polycrystalline Nd:YAG laser materials. J. Am. Ceram. Soc., 79,7, 1996, 1921-26
• [16] Rabinovitch Y.,Tetard D., Faucher M.D.: Pham-Thi M.: Transparent polycrystalline neodymium doped YAG: synthesis parameters, laser efficiency, 24, 2003, 345-351
• [17] Lu J., Ueda K., Yagi H., Yanagitani T., Akiyama Y, Kaminskii A.A.: Neodymium doped yttrium aluminium Garnet (Y3A15O12) nanocrystalline ceramics-a new generation. Solid State Laser and Optical Materials, 341, 2002, 220-225
• [18] Wen L., Sun X., Xiu Z., Chen S., Tsai C.: Synthesis of nanocrystalline yttria powder and fabrication of transparent YAG ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 24, 2004, 2681-2688
• [19] Matsushita N., Tsuchiya N., Nakatsuka K., Yanagitani T.: Precipitation and calcination processes for yttrium aluminum garnet precursors synthesized by the urea method. J. Am. Ceram. Soc., 82, 8, 1999, 1977-84
• [20] Liu Y, Zhang Z.F., King B., Holloran J., Laine R.M.: Synthesis of yttrium aluminum garnet from yttrium and aluminum isobutyrate precursors. J. Am. Ceram. Soc., 79, 2, 1996, 385-94
• [21] Vagueiro P., Lopez-Quintela A.M.: Synthesis of yttrium aluminium garnet by the citrate gel process. J. Mater. Chem., 8, 1, 1998, 161-163
• [22] Chung B.J., Park J.Y., Sim S.M.: Synthesis of yttrium aluminum garnet powder by a citrate gel method. J. Cer. Process. Res., 4, 3, 2003, 145-150
• [23] Chinie A.M., Stefan A., Georgescu S.: Synthesis by a citrate sol-gel method and characterization of Eu3+-doped yttrium aluminum garnet nanocrystals. Romanian Reports in Physics, 57, 3, 2005, 412-417
• [24] Veith M., Mathur S.., Kareiva A., Julavi M., Zimmer M., Huch V.: Low temperature synthesis of nanocrystalline Y3A5O12 (YAG) and Ce-Doped Y3A5O12 via different sol-gel methods. J. Mater. Chem., 9, 1999, 3069 - 3079
• [25] De la Rosa E., et al: Low temperature synthesis and structural characterization of nanocrystalline YAG prepared by a modified sol-gel method. Opt. Mater., 27, 2005, 1793-1799
• [26] Wang S., Xu Y, Lu P., Xu C., Cao W: Synthesis of yttrium aluminum garnet YAG from ethylenediaminetetraacetic acid precursor. Mater .Sci. Eng. B, 127, 2006, 203-206
• [27] Harada M., Goto M.: Synthesis of Y-Al-O compounds by a polymer complex method. J. Alloys Compounds, 408-412, 2006, 1193-1195
• [28] Lipinska L., Lojko L., Klos A., Ganschow S., Diduszko R.,Ryba-Romanowski W, Pajączkowska A.: Solubility and physicochemical properties of nanopowders and crystalline solids in the (Y1 xNdx)3Al5O12 system. J. Alloys Comp., 2006 in press.