Investigation of phase evolution during crystallization of long afterglow strontium aluminate phosphor (Sr4Al14O25): The B2O3 effect
Uzun fosfor ışıma süreli stronsiyum alüminat fosforun kristilizasyonu sırasında faz evriminin incelenmesi (Sr4Al14O25): B2O3 etkisi
- Tez No: 658443
- Danışmanlar: PROF. DR. CLEVA OWYANG GÜLGÜN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Seramik Mühendisliği, Engineering Sciences, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 343
Özet
Stronsiyum alüminat seramikler, nadir toprak elementleri ile katkılandıklarında, geçici depolama ve ışığın yavaş salınımında etkileyici kapasiteye sahiptir ve bu da onları sıfır enerji tüketimli aydınlatma için çekici kılar. Stronsiyum alüminat ailesindeki en etkili lüminesan olan Eu2 + ve Dy3+ katkılı Sr4Al14O25 (S4A7ED) bileşiğinde ısrarlı ışıldama iyi bilinirken, başta sinterleme ajanı(flux) olarak kullanılan B2O3 ilavesi parlaklığı artırır ve ısrarlı ışıma suresini önemli ölçüde uzatır, birkaç dakikadan> 14 saate kadar. Borun elektronik yapı üzerindeki etkisine odaklanan önceki çalışmalar, uzun süreli parlamanın B2O3 varlığından kaynaklanan iyonik kusurların kümelenmesine bağlanabileceğini öne sürdü. Bununla birlikte, sonuçlar yalnızca küresel karakterizasyonlarla elde edilen dolaylı deneysel kanıtlara dayanıyordu. Bu tezin amacı, B2O3'ün uzun süreli parlamayı destekleyen mikro yapısal evrim üzerindeki etkisini araştırarak oynadığı önemli rolü anlamaktır.Termal ve kinetik kontrol altında geliştirilmiş modifiyeli Pechini metodu ile üretilmiş stokiyometrik Sr4Al14O25 bileşiklerinin mikroyapısal evriminde B2O3 etkisi sistematik olarak çalışıldı ve çalışmanın zemini oluşturuldu. Bor katkılanmasının doğasını aydınlatmak için, gelişmiş elektron mikroskobu tekniklerine dayanan uzaysal çözümlenmiş analizler ile B'nun lokal koordinasyonu incelendi. Bunun yanı sıra, ısrarlı ışımaya neden olan, B2O3'ın mikro yapıda difüzyon kinetiği ve katkı maddelerinin dağılımı üzerindeki etkisi araştırıldı.Temel sonuçlarımız, B2O3 katkılanmasının, Sr2 + difüzör türlerinin alüminyum polyhedralar arasındaki göç enerjisini azaltarak uzun süreli parlak Sr4Al14O25 fosforlarının evrimini kolaylaştırdığını göstermektedir. B2O3 yokluğunda, amorf durumdan faz evrim mekanizması, difüzyonla sınırlı katı hal reaksiyonu ile kontrol edilir. Bununla birlikte, Sr4Al14O25 fazının termodinamik olarak meta-kararlı fazlardan evrimi, taneler arasında borat camsı bir fazın çökelmesinden dolayı sıvı faz destekli difüzyonla kolaylaştırılır. Çok yüksek B2O3 konsantrasyonunda, sonuçlarımız gösteriyor ki kristalleşme mekanizması sıvı fazdan çökelmeye dönüşüyor. Çalışmamız, B'nun, enerji transferi etkileşimlerini teşvik etmenin yanı sıra, sürekli parlamayı destekleyen mikroyapının evriminde başka bir rol oynadığını ortaya koyuyor - Eu2 + ve Dy3 + konsantrasyonunu Sr4Al14O25 fazının çözünürlük sınırının altında optimize edilmesine etki ediyor. Sr4Al14O25: Eu, Dy bileşiğinin mikroyapısındaki B2O3 etkisinin uzaysal çözümlü değerlendirmesine dayanan bu çalışmada elde edilen deneysel kanıtlar, bu alandaki çalışmalara önemli ölçüde katkı da bulunmaktadır ve stronsiyum alüminat pigmentlerinde uzun ışıma davranışının rasyonel tasarımı için yeni anlayışlar sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Strontium aluminate ceramics, when doped with rare earth elements, have an impressive capability for temporary storage and slow release of light, making them attractive for zero-energy consumption lighting. While persistent luminescence has been well known in Eu2+ and Dy3+ co-doped Sr4Al14O25 (S4A7ED) as the most efficient luminescing compound in strontium aluminate family, the addition of B2O3, initially merely as a sintering flux, increases the brightness and dramatically extends the afterglow persistence from several minutes to > 14 hours. Previous works, centered on the influence of boron on electronic structure, suggested that the extended afterglow might be attributed to clustering of ionic defects induced by presence of B2O3. However, the results were solely based on indirect experimental evidences obtained by global characterizations. The objective of this dissertation is to understand the pivotal role played by B2O3 through investigating its effect on microstructural evolution that supports long afterglow. To set the stage, we have systematically analyzed the impact of B2O3 content on microstructural evolution of stoichiometric Sr4Al14O25 compounds processed by a modified Pechini method under thermal and kinetic control. Spatially resolved analyses based on advanced electron microscopy techniques were used to elucidate the nature of boron incorporation by investigation of local coordination of B, as well as the influence of B2O3 on diffusion kinetics and dopant distribution in the microstructure, giving rise to persistent luminescence. Our key results demonstrate that, incorporation of B2O3 facilitates the evolution of the long afterglow Sr4Al14O25 phosphors through reducing the migration energy of the Sr2+ diffusing species in between the aluminum polyhedra. In the absence of B2O3, the mechanism of phase evolution from amorphous state is controlled by a diffusion-limited solid-state reaction. However, evolution of Sr4Al14O25 phase from the thermodynamically meta-stable phases is facilitated by a liquid phase assisted diffusion due to precipitation of a borate glassy phase in between the grains. At very high concentration of B2O3, our results suggest that, the crystallization mechanism completely changes to precipitation from liquid phase. Our study reveals that B plays another role in the evolution of the microstructure that supports persistent afterglow—optimizing the Eu2+ and Dy3+ concentration below the solubility limit of the Sr4Al14O25 phase—in addition to fostering their energy-transfer interactions. The experimental evidences obtained in this work, based on spatially resolved assessment of the B2O3 effect in the microstructure of Sr4Al14O25: Eu, Dy compound, contributes significantly to the knowledge in the field and provides new insights for rational design of afterglow behavior in strontium aluminate pigments.
Benzer Tezler
- Design of boron doped (nickel manganese cobalt containing) NMC 811 cathode active materials
Bor katkılanmış (nikel mangan kobalt içeren) NMC811 katot aktif malzemelerinin tasarımı
İBRAHİM CAN TOPAKTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Ötektik altı Al-Si alaşımlarında 5/1 tibör ön alaşımı ile tane inceltme işleminin sertlik ve mikroyapı üzerindeki etkisinin belirlenmesi
The effects of grain refining conditions using 5/1 tibor alloy upon the microstructure and hardness of hypoevtectic Al-Si alloys
RASİM ERDOĞAN
- 4-(triflorometoksi)fenoksi grupları içeren ftalosiyaninlerin sentezi, tıpta, biyolojide ve ileri teknolojide kullanılabilirliklerinin araştırılması
Synthesis of phthalocyanines containing 4- (trifluorometoxy) phenoxy groups and investigation of their usability in medicine, biology, and advanced technology
NAZLI FARAJZADEH
- Haloysit nanotüp dolgu malzemesi ile termoplastik ve termoplastik elastomer polimer matris kompozit malzemelerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of halloysite filled thermoplastic and thermoplastic elastomer composite materials
TUĞÇE ÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- Deredam granitoyidi ( Gölköy-Ordu) ve çevre kayaçlarının petrografisi ve jeokimyasal incelenmesi
Petrography and geochemistry investigation of the Deredam granitoid and surrounding rocks ( Gölköy-Ordu)
BİLAL ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Jeoloji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ASLANER