Spaleniowa synteza granatu itrowo-glinowego domieszkowanego jonami neodymu

• Autorzy: Dyjak S. , Cudziło S. , Szysiak A.

Warianty tytułu

EN

Solution combustion synthesis of Nd:YAG nanopowders

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Otrzymano nanoproszki granatu itrowo-glinowego domieszkowanego jonami neodymu (Nd:YAG) w wyniku redukcji azotanów glinu, itru i neodymu za pomocą glukozy, dekstryny lub skrobi, przebiegającej podczas ogrzewania wodnych roztworów tych substancji. Zbadano wpływ rodzaju i ilości reduktora oraz temperatury, w której prowadzono reakcję na skład chemiczny i fazowy oraz mikrostrukturę produktów. Zmierzono temperaturę w próbkach ogrzewanych w różnych warunkach, a uzyskane wyniki wykorzystano do ustalenia rodzaju, kolejności i intensywności procesów przebiegających w mieszaninie reagentów. W wyjściowym roztworze kationy metali są wiązane (koordynowane) przez grupy hydroksylowe węglowodanów, gwarantując równomierność ich przestrzennego rozkładu oraz ograniczenie zasięgu dyfuzji prekursorów tlenków. Amorficzne mieszane tlenki itrowo-glinowe zanieczyszczone karboksylanami i węglanami są produktem termicznie inicjowanych reakcji utlenienia węglowodanów anionami azotanowymi. Czysty fazowo granat itrowo-glinowy krystalizuje podczas 2-godzinnej kalcynacji surowych produktów reakcji w temperaturze 900 °C. Niezależnie od rodzaju reduktora uzyskano proszki YAG o średnim wymiarze krystalitów - 20 nm. Zwiększeniu jednorodności kształtów i rozmiarów cząstek oraz zmniejszeniu stopnia ich aglomeracji sprzyja użycie w syntezie nadmiaru reduktora. Korzystne jest zastosowanie w tej roli wielkocząsteczkowych węglowodanów o skomplikowanej strukturze przestrzennej, np. skrobi.

EN

Nanostructured powders of yttrium aluminum garnet doped by neodymium (Nd:YAG) were obtained as a result of reaction of aluminum, yttrium and neodymium nitrates with glucose, dextrin or starch while heating aqueous solutions of the compounds. An influence of the kind and amount of carbohydrates (reducing agent) as well as temperature on the product composition and microstructure was invesigated. The temperatures of the reacting mixture were measured and the results were used to establish the type, sequence and intensity of the running processes. In the starting solution, carbohydrates trap the metal ions, what guarantees homogeneity of their space distribution and reduces the diffusion lengths of the oxide precursors. Amorphous aluminum yttrium oxides containing metal carboxylates and carbonates are the raw products of the reactions. They transform into monophase Nd:YAG crystallites during calcination at 900 °C for 2 hours. Regardless the type of reducing agent, the crystallites are ca. 20 nm in diameter. The final powder particles are more homogenous in shape and size when an excess of carbohydrate with complicated, 3D structure is used, e.g. starch.

Słowa kluczowe

PL

Nd:YAG; nanoproszek; synteza spaleniowa

EN

solution combustion synthesis; nanostructured powder; Nd:YAG

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 38, nr 1
• Strony: 32--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dyjak S.

autor

Cudziło S.

autor

Szysiak A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2,

Bibliografia

• [1] de With G., van Dijk H.J.A.: Translucent Y3A15O12 ceramics, Mater. Res. Bull., 19, (1984), 1669-1674
• [2] Sekita M., Haneda H., Yanagitani T., Shirasaki S.: Induced emission cross section of Nd:Y3Al5O12 ceramics, J. Appl. Phys., 67, (1990), 453-458
• [3] Ikesue A., Kinoshita T., Kamata K., Yoshida K.: Fabrication and optical properties of high-performance polycrystalline Nd:YAG ceramics for solid state lasers, J. Am. Ceram. Soc., 78, (1995), 1033-1040
• [4] Ikesue A.: Polycrystalline Nd:YAG ceramics lasers, Opt. Mater., 19, (2002), 183-187
• [5] Lu J., Ueda K., Yagi H., Yanagitani T., Akiyama Y, Kaminskii A.: Neodymium doped yttrium aluminium garnet (Y3Al5O12) nanocrystalline ceramics - a new generation of solid state laser and optical materials, J. Alloys Compd., 341, (2002), 220-225
• [6] Fu Y, Wen S., Hsu C.: Preparation and characterization of Y3Al5O12: Ce and Y2O3:Eu phosphors powders by combustion process, J. Alloys Compd., 458, (2008), 318-322
• [7] Ru Y, Jie Q., Min L., Guoqiang L.: Synthesis of yttrium aluminium garnet (YAG) powder by homogeneous precipitation combined with supercritical carbon dioxide or ethanol fluid drying, J. Eur. Ceram. Soc., 28, (2008), 2903-2914
• [8] Lipińska L., Lojko L., Kłos A., Ganschow S., Diduszko R., Ryba-Romanowski W., Pajączkowska A.: Nanopowders and crystals in (Y1-xNdx)3Al5O12 system: preparation and properties, J. Alloys Compd., 432, (2007), 177-182
• [9] Xia G., Zhou S., Zhang V, Wang S., Liu Y., Xu J.: Sol-gel combustion synthesis and luminescent properties of nanocrystalline YAG:Eu3+ phosphors, J. Cryst. Growth, 285, (2005), 257-262
• [10] Qiu F., Pu X., Liu X., Pan Y, Guo J.: Thermal behavior of the YAG prekursor prepared by sol-gel combustion process, Ceram. Int., 31, (2005), 663-665
• [11] Hakuta Y, Seino K., Ura H., Adschiri T., Takizawa H., Arai K.: Production of phosphor (YAG:Tb) fine particles by hydrothermal syhthesis in supercritical water, J. Mater. Chem., 9, (1999), 2671-2674
• [12] Caponetti E., Saladino M.L., Serra F., Enzo S.: Co-precipitation synthesis of Nd:YAG nano-powders: the effect of Nd dopant addition with thermal treatment, J. Mater. Sci, 42, (2007), 4418-4427
• [13] Li X., Wang W.: Preparation of uniformly dispersed YAG ultrafine powders by co-precipitation method with SDS treatment, Powder Technol., 196, (2009), 26-29
• [14] Liu M., Wang S. W., Zhang J., An L.Q., Chen L.D.: Upconversion luminescence of Y3Al5O12 (YAG):Yb3+, Tm3+ nanocrystals, Opt. Mater., 30, (2007), 370-374
• [15] Mancic L., Marinkovic K., Marinkovic B.A., Dramicanin M., Milosevic O.: YAG:Ce3+ nanostructured particles obtained via spray pyrolisis of polymeric precursor solution, J. Eur. Ceram. Soc., 30, (2010), 577-582
• [16] Fu Y.P.: Preparation of Y3Al5O12:Eu powders by microwave-induced combustion process and their luminescent properties, J. Alloys Compd., 414, (2006), 181-185
• [17] Xia G., Zhou S., Zhang J., Wang S., Xu J.: Solution combustion synthesis, structure and luminescence of Y3Al5O12:Tb3+ phosphors, J. Alloys Compd., 421, (2006), 294-297
• [18] Oshimura M., Byrappa K.: Hydrothermal processing of materials: past, present and future, J. Mater. Sci., 43, (2008), 2085-2103, Cabanas A., Li J., Blood P., Chudoba T., Lajkowski W., Poliakoff M., Lester E.: Synthesis of nanoparticulate yttrium aluminium garnet In supercritical water-ethanol mixtures, J. Supercrit. Fluids, 40, (2007), 284-292
• [19] Mancic L., Milosevic O., Marinkovic B., da Silva Lopez M.de F., Rizzo F.: Rapid formation of high Tc phase in Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O system, Physica C, 341-348, (2000), 503-504
• [20] Veith M., Mathur, S., Kareiva A., Jilavi M., ZimmerM., Huch V.: Low temperature synthesis of nanocrystalline Y3Al5O12 (YAG) and Ce-doped Y3Al5O12 via different sol-gel methods, J. Mater. Chem., 9, (1999), 3069-3079
• [21] Mukasyan A.S., Epstein P., Dinka P.: Solution com-bustion synthesis of nanomaterials, Proc. Comb. Inst., 31, (2007), 1789-1795
• [22] Patil K.C., Saruna S.T., Mimani T.: Combustion synthesis: an update, Curr. Op. Solid State Mater. Sci., 6, (2002), 507-512
• [23] Biswas M., Prabhakaran K., Gokhale N.M., Sharma S.C.: Synthesis of nanocrystalline yttria doped ceria powder by urea-formaldehyde polymer gel auto-combustion process, Mater. Res. Bull., 42, (2007), 609-617
• [24] Mukasyan A.S., Dinka P. : Novel Approaches to Solution-Combustion Synthesis of Nanomaterials, Int. J.Self-Propag. High-Temp. Synth., 16, (2007), 23-35
• [25] Kazuo Nakamoto: Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, 4th Ed. Wiley, New York, 1986, 232, 253
• [26] Morterra C., Magnacca G.: A case study surface chemistry and surface structure of catalytic aluminas, as studied by vibrational spectroscopy of adsorbed species, Catal, Today, 27, (1996), 497-532
• [27] Veitch C. D.: Synthesis of polycrystalline yttrium iron garnet and yttrium aluminium garnet from organic precursors, J. Mater. Sci., 26, (1991), 6527-6532
• [28] Li J., Pan Y, Qiu F., Wu Y, Guo J.: Nanostructured Nd:YAG powders via gel combustion: the influence of citrate-to-nitrate ratio, Ceram. Int., 34, (2008), 141-149
• [29] Li J., Pan Y, Qiu F., Wu Y, Liu W., Guo J.: Synthesis of nanosized Nd:YAG powders via gel combustion, Ceram. Int., 33, (2007), 1047-1052