Низкотемпературный синтез люминесцентных нанокристаллических частиц Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии

Abstract

Методом гетерогенного осаждения из водных растворов хлоридов при использовании в качестве осадителя гидрокарбоната аммония получен монофазный кристаллический прекурсор оксида лютеция предположительного состава (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристаллизуется в виде пластинчатых частиц ромбической формы с линейными размерами в 10—15 мкм2 и толщиной в несколько десятков нанометров. Установлен диапазон существования кристаллического прекурсора (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O (молярное соотношение реагентов NH₄HCO₃/Lu³⁺ – в интервале 8—20). Предложен механизм образования и термического разложения кристаллического прекурсора пластинчатой морфологии. Методом низкотемпературной (Т = 1000°С) кристаллизации прекурсора получены слабоагломерированные нанопорошки оксида лютеция кубической модификации. Показано, что частицы Lu₂O₃ наследуют пластинчатую морфологию исходных частиц карбонатного прекурсора, что является проявлением эффекта сохранения формы. Пластинчатые частицы оксида лютеция состоят из неплотноупакованных наночастиц с линейными размерами в ≅ 50 нм. Определены люминесцентные свойства активированных наноструктур Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчатой морфологии.

Методою гетерогенного осадження з водних розчинів хлоридів при використанні в якості осаджувача гідрокарбонату амонію було одержано монофазний кристалічний прекурсор оксиду лютецію ймовірного складу (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O. Прекурсор кристалізується у вигляді пластинчастих частинок ромбічної форми з лінійними розмірами у 10—15 мкм2 та товщиною у кілька десятків нанометрів. Встановлено діяпазон існування кристалічного прекурсору (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O (молярне співвідношення реаґентів NH₄HCO₃/Lu³⁺ – в інтервалі 8—20). Запропоновано механізм утворення та термічного розкладання кристалічного прекурсору пластинчастої морфології. Методою низькотемпературної (Т = 1000°С) кристалізації прекурсору одержано слабкоаґльомерований нанопорошок оксиду лютецію кубічної модифікації. Показано, що частинки Lu₂O₃ успадковують пластинчасту морфологію початкових частинок карбонатного прекурсору, що є проявом ефекту збереження форми. Пластинчасті частинки оксиду лютецію складаються з нещільно упакованих наночастинок з лінійними розмірами у ≅ 50 нм. Визначено люмінесцентні властивості активованих наноструктур Lu₂O₃:Eu³⁺ пластинчастої морфології.

The (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O monophase crystalline precursor of Lu₂O₃ is obtained by precipitation of chlorides from aqueous solution using hydrocarbonate as a precipitant. Precursor is obtained in the form of rhombic plate-like particles with linear dimensions of 10—15 μm2 and a thickness of several tens of nanometers. Range of presence of (NH₄)xLu(OH)y(CO₃)z⋅nH₂O crystalline precursor is a molar ratio of the NH₄HCO₃/Lu³⁺ reagents of about 8—20. We propose the mechanism of formation and thermal decomposition of the crystalline plate-like precursor. Weakly agglomerated cubic-modification lutetium-oxide superfine-particle powder is obtained by low-temperature crystallization of the precursor (T = 1000°C). Lu₂O₃ particles inherit plate-like morphology of the original particles of the carbonate precursor that is a demonstration of the shape-memory effect. Lutetium-oxide particles are composed of not closepacked nanostructured crystallites with linear dimensions of about 50 nm. Luminescent properties of Eu³⁺-doped Lu₂O₃ nanostructures with plate-like morphology are investigated too.