Изменение локального окружения Eu3+ в нанопорошках YAG, синтезированных на катионообменной матрице

В работе представлены результаты исследования структуры и люминесцентных свойств нанопорошков алюмоиттриевого граната, легированного ионами Eu3+ (YAG:Eu), синтезированных методом пиролиза предварительно полученной катионообменной матрицы на основе сульфированного полистирола. Метод обеспечил формирование мелкодисперсных частиц при температуре 1000 °C. Рентгенофазовый анализ показал, что образцы с содержанием Eu3+ до 0.35 атомных единиц являются монофазными и кристаллизуются в кубической структуре граната (пространственная группа Іa3d). Превышение этого предела растворимости приводит к появлению вторичной фазы ЕuAlO3. Размер кристаллитов для всех монофазных образцов, оцененный по формуле Шеррера, не превышает 30 нм, что подтверждает наноструктурированность порошков. Спектры люминесценции демонстрируют характерные для ионов Еu3+ полосы излучения в красно-оранжевой области. Установлено, что максимальная интенсивность люминесценции наблюдается при концентрации ионов Eu3+ х = 0.30 а. е., после чего начинается концентрационное тушение. Детальный анализ спектров (соотношение интенсивностей магнитно-дипольного и электро-дипольного переходов), параметры теории Джадда-Оффельта, показали, что тушение обусловлено не статистическим распределением, а структурными изменениями, а именно кластеризацией ионов Еu3+. Этот процесс, инициирован пространственной неоднородностью распределения катионов, заложенной на стадии ионного обмена. Образованные кластеры служат ловушками для энергии возбуждения, что особенно выражено при возбуждении через полосу зарядового переноса (250 нм). Значения цветовой температуры и чистоты цвета эмиссии показали, что наиболее насыщенное красное излучение с высокой цветовой чистотой достигается при х = 0.20 а. е. Данная работа демонстрирует, что предложенный метод синтеза позволяет получать нанопорошки YAG:Eu с контролируемым размером частиц, но также выявляет критический порог легирования 0.30 а. е., за которым кластеризация Eu3+ приводит к ухудшению люминесцентных свойств.