Microwave assisted solid state synthesis of rare earth ions doped LaBO3, YBO3 and GdBO3, their characterizations and investigations of luminescence properties
Nadir toprak iyonları ile katkılı LaBO3, YBO3 ve GdBO3 orthoboratların mikrodalga yardımlı katı hal sentezi karakterizzasyonu ve lüminesans özelliklerinin araştırılması
- Tez No: 442166
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEN YILMAZ, DOÇ. DR. OKAN ESENTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
LnBO3 dikkate değer anayapılar olup Nadir Toprak elementleri (NTE) ile katkılandığında yüksek şiddette lüminesans özelliği göstermektedir. Bu yüzden, birçok alanda kullanılabilecek olan bu malzemeler, örneğin ekonomik Işık Yayan Diyot (LED) cihazları, bilim adamlarının ilgisini uzun yıllardır çekmektedir. Bu çalışmada, katkısız lantan, gadolinyum, ve itriyum ortoboratların ve nadir toprak elementleri disprosyum, terbiyum ve samaryum iyonları ile katkılanmış bu ortoboratların, mikrodalga yardımlı katı hal sentezi ile değişen konsantrasyon etkisi ve farklı iyonların, fotolüminesans üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Mikrodalga yardımlı katı hal sentez yöntemi çeşitli avantajlara sahiptir. Bu sentez yönteminde ısıtma süresinin kısaltılması ile enerji tüketimi azaltılmıştır ve düzgün parçacık şekilli toz numuneler hazırlanmıştır. Numuneler, başlangıç karışımı mikrodalga fırınında 1200 W'ta 10 dakika bekletildikten sonra 2 saat boyuna 950° C deki fırında ısıtılarak sentezlenmiştir. X ışınları toz kırınımı (XRD) metodu malzemenin kristal yapı karakterizasyonu için kullanılmıştır. Katkılı ve katkısız numunelerin morfolojik çalışması Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak tamamlanmıştır. Ayrıca, anyonik grupların bağ yapısını ve bantlarını tanımlayabilmek adına ATR spektrometresi analizleri gerçekleştirilmiştir. Far-IR spektrometresi, düşük frekanslardaki bağların bantlarını belirlemek için kullanılmıştır. Floresans spektrometresi numunelerin lüminesans özelliklerini bulmak için kullanılmıştır. XRD desenleri katkısız ve katkılı LnBO3 toz numunelerin, başarıyla sentezlendiğini göstermektedir. Bu desenlerden; eklenen katkı iyonlarının anayapıda herhangi bir değişime sebep olmadığı gözlemlenmiştir. Katkılı ve katkısız toz numunelerin SEM görüntüleri; örneklerin düzgün şekilli toz parçacıklar ile düzenli morfolojisi olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, katkılanan Dy3+, Sm3+, Tb3+ iyonlarının anayapının kristal yapısına ve morfolojisine ektisi olmadığı görülmüştür. ATR sonuçları göstermiştir ki LaBO3 anayapısı düzlemsel BO33- birimlerinden oluşurken, GdBO3 ve YBO3 anayapıları düzlemsel BO33- ve dörtyüzlü BO45-'ten oluşan B3O99- birimlerine sahiptir. Far-IR sonuçları, düşük frekanstaki salınım hareketlerinin bantlarını göstermiştir. Bu sayede, katkılı ve katkısız örneklerin gözlemlenen salınım bantları, katkılanan iyonun yapıda nereye yerleştiğini (arayagirme veya yerdeğiştirme) tanımlamak için yardımcı olmuştur. Lüminesans çalışmaları göstermiştir ki en yüksek lüminesans şiddetini hazırlanan tüm örnekler içerisinden, %5.30 Dy katkılı LaBO3 numunesi vermiştir. CIE çalışmaları ile Dy katkılı anayapıların açık sarı, Sm katkılı anayapıların turuncu ve Tb katkılı anayapıların yeşil renk ışıma yaptığı kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
LnBO3 are notable host materials to doped with Rare Earth Element (REE) to achieve strong luminescence. Therefore, it attracts great attention of scientist for many decades with promising applications in many field such as affordable Light Emitting diode (LED) devices. This research covers the synthesis of undoped lanthanum, gadolinium, and yttrium orthoborates and dysprosium, terbium and samarium ions doped LnBO3 (Ln: La, Gd, Y) by microwave assisted solid state synthesis method to investigate the effect of changing concentration and identity of ions on their photoluminescence properties. Microwave assisted solid state synthesis method has various advantages such as reducing energy consumption with decreasing heating duration and producing fine powders. The samples were synthesized by heating mixtures of precursor solid reactants in microwave oven at 1200 W for ten minutes and heating them at 950° C for 2 hours in muffle furnace. For characterization of powder samples X-ray diffraction were used. The morphological properties of undoped and rare earth ions doped the samples were examined by Scanning Electron Microscope (SEM). Moreover, Attenuated Total Reflection (ATR) spectrometry were done to identify vibrational modes of anionic groups. Far-IR spectrometry were employed for detecting low frequency modes. Fluorescence spectroscopy were employed for finding the luminescence characteristics of products. The XRD patterns demonstrate that undoped and doped LnBO3 powder samples were synthesized successfully with microwave assisted solid state method. From the XRD patterns, it is observed that added doping materials do not disturb the hosts' structure. SEM images of undoped and doped LnBO3 powders show a fine particle with regular morphology. As results, doping with Dy3+, Sm3+, Tb3+ ions did not affect the crystallinity and morphology of LnBO3. ATR results demonstrated that the presence of planar BO33- units in LaBO3 whereas tetrahedral B3O99- ring containing planar BO33- and tetrahedral BO45- units in GdBO3 and YBO3. Far-IR results illustrate low frequency vibrational modes of LnBO3. The differences in the observed vibrational modes of doped and undoped LnBO3 help on identification of doping characteristics as interstitial or substitutional. Luminescence studies showed that 5.30% Dy doped LaBO3 samples gives rise to the most intensive emission among all the samples prepared. International Commission on Illumination (CIE) studies show that Dy doped LnBO3 samples give pale yellow, Sm doped LnBO3 samples give orange color and Tb doped LnBO3 samples give green color.
Benzer Tezler
- Tunable optical properties of Dy3+; Eu3+ DOPED, Dy3+/ Bi3+; Dy3+ /Ce3+; Dy3+/ Eu3+; Tb3+ /Ce3+ codoped LaBO3
Dy3+; Eu3+ DOPED, Dy3+/ Bi3+; Dy3+ /Ce3+; Dy3+/ Eu3+; Tb3+ /Ce3+ ikili katkılı LaBO3 ortoboratların ayarlanabilir optik özelliklerinin araştırılması
ÖZDE CEREN HIZAL ABACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN YILMAZ
DOÇ. DR. OKAN ESENTÜRK
- Synthesis and characterization of novel rare earth phosphates and rietveld structural analysis of rare earth orthoborates
Yeni nadir toprak elelementi fosfatlarının sentez ve karakterizasyonu ve nadir toprak elementi ortoboratlarının rietveld yapısal analizi
SEMİH SEYYİDOĞLU
Doktora
İngilizce
2009
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEN YILMAZ
PROF. DR. MACİT ÖZENBAŞ
- Synthesis and characterization of lithium triborate by different synthesis methods and their thermoluminescent properties
Farklı sentez yöntemleri ile lityum triborat sentezi ve karakterizasyonu ve ısısal ışıldama özellikleri
TOLGA DEPCİ
Doktora
İngilizce
2009
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÜLHAN ÖZBAYOĞLU
YRD. DOÇ. DR. AYŞE YILMAZ
- Synthesis and characterization of alkaline earth and rare earth bonophosthate compounds
Toprak alkali ve nadir toprak alkali metal borfosfat bileşiklerinin sentezlenmesi ve karakterizasyonu
ABDÜLHADİ BAYKAL
Doktora
İngilizce
1999
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL KIZILYAYLI
- Synthesis and characterization of alkaline earth boroarsenate compounds
Toprak alkali metal boroarsanat bileşiklerinin sentezi ve karakterizasyonu
AYTEN EVREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
KimyaFatih ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. MEHMET SOMER
Y.DOÇ.DR. ABDULHADİ BAYKAL