Ап-конверсионная люминесценция в ксерогеле титаната бария, легированном эрбием и иттербием, в пористом анодном оксиде алюминия

В статье рассмотрен золь-гель-синтез и люминесцентные свойства титаната бария, легированного эрбием и иттербием (BaTiO₃:Er,Yb), в пористом анодном оксиде алюминия. Пористый анодный оксид алюминия с его хорошо известной ячеистой структурой был выбран в качестве матрицы для золь-гель-синтеза BaTiO₃:Er,Yb. Пористый анодный оксид алюминия изготавливали на кремниевой пластине и алюминиевой фольге. Раствор, соответствующий составу ксерогеля Ba_0,76Er_0,04Yb_0,20TiO₃, осаждался на пористый анодный оксид алюминия методом центрифугирования с последующей сушкой и термообработкой при относительно низкой температуре 450 °C на алюминиевой фольге или при 800 °C на кремнии. Пористый анодный оксид алюминия, известный также как оптически анизотропная структура, в эксперименте отличался размером пор и толщиной. По результатам испытаний установлено, что все изготовленные образцы демонстрируют ап-конверсионную люминесценцию эрбия при комнатной температуре при возбуждении диодным модулем в непрерывном режиме сфокусированным излучением лазерного диода на длине волны 980 нм мощностью 200 мВт. Ап-конверсионная люминесценция эрбия характеризуется полосами с максимумом на длинах волн 410, 523, 546 и 658 нм и соответствующими им переходами ²H_9/2 → ⁴I_15/2, ²H_11/2 → ⁴I_15/2, ⁴S_3/2 → ⁴I_15/2 и ⁴F_9/2 → ⁴I_15/2.

1. Goldschmidt J. C., Fischer S. (2015) Upconversion for Photovoltaics - a Review of Materials, Devices and Concepts for Performance Enhancement.Advanced Optical Materials. 3 (4), 510-535. https://doi.org/10.1002/adom.201500024.

2. Gusakova N. V., Kurilchik S. V., Yasukevich A. S., Kisel V. E., Dashkevich V. I., Orlovich V. A., Pavlyuk A. A., Vatnik S. M., Bagaev S. N., Kuleshov N. V. (2018) Spectroscopy and Microchip Laser Operation of Tm, Ho:KYW Crystals with Different Ho Concentrations. Laser Physics Letters. 15 (2), 025001. https://doi.org/10.1088/1612-202X/aa9972.

3. Ghosh P., Sadhu S., Sen T., Patra A. (2008) Upconversion Emission of BaTiO3:Er Nanocrystals. Bulletin of Materials Science. 31 (3), 461-465. https://doi.org/10.1007/s12034-008-0072-7.

4. Meneses-Franco A., Campos-Vallette M., Vásquez S. O., Soto-Bustamante E. A. (2018) Er-Doped Nanostructured BaTiO3 for NIR to Visible Upconversion. Materials (Basel).11 (10),1950. https://doi.org/10.3390/ma11101950.

5. Chen L., Wei X.-H., Fu X. (2012) Effect of Er Substituting Sites on Upconversion Luminescence of Er3+-Doped BaTiO3 Films. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition). 22 (5), 1156-1160. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61299-5.

6. Rudenko M. V, Gaponenko N. V., Chubenko E. B., Lashkovskaya E. I., Shustsikava K. V., Radyush Yu. V., Zhivulko V. D., Mudryi A. V., Wang M., Monaico E. V., Stepikhova M. V., Yablonskiy A. N. (2022) Erbium Upconversion Luminescence from Sol-Gel Derived Multilayer Porous Inorganic Perovskite Film. Journal of Advanced Dielectrics. 12 (2), 2150031. https://doi.org/10.1142/S2010135X21500314.

7. Lashkovskaya E. I., Gaponenko N. V., Stepikhova M. V., Yablonskiy A. N., Andreev B. A., Zhivulko V. D., Mudryi A. V., Martynov I. L., Chistyakov A. A., Kargin N. I., Labunov V. A., Raichenok T. F., Tikhomirov S. A., Timoshenko V. Yu. (2022) Optical Properties and Upconversion Luminescence of BaTiO3 Xerogel Structures Doped with Erbium and Ytterbium. Gels. 8 (6), 347. https://doi.org/10.3390/gels8060347.

8. Gaponenko N. V., Sudnik L. V., Vityaz P. A., Luchanok A. R., Stepikhova M. V., Yablonskiy A. N., Lashkovskaya E. I., Shustsikava K. V., Radyush Yu. V., Zhivulko V. D., Mudruyi A. V., Kazuchits N. M., Rusetsky M. S. (2022) Upconversion luminescence of Er3+ Ions from Barium Titanate Xerogel Powder and Target Fabricated by Explosive Compaction Method. Journal of Applied Spectroscopy. 89 (2), 184-190. https://doi.org/10.1007/s10812-022-01349-x.

9. Gaponenko N. V. (2007) Luminescence of Lanthanides from Xerogels Embedded in Mesoporous Matrices. Acta Physica Polonica A. 112 (5), 737-749. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.112.737.

10. Gaponenko N. V., Molchan I. S., Gaponenko S. V., Mudryi A. V., Lyutich А. А., Misiewicz J., Kudrawiec R. (2003) Luminescence of Eu3+ and Tb3+ Ions in the Structure Microporous Xerogel/Mesoporous Anodic Aluminum Oxide. Journal of Applied Spectroscopy. 70 (1), 59-64. https://doi.org/10.1023/A:1023268324339.

11. Lutich A. A., Gaponenko S. V., Gaponenko N. V., Molchan I. S., Sokol V. A., Parkhutik V. (2004) Light Scattering in Nanoporous Materials: a Photon Density of States Effect. Nano Letters. 4 (9), 1755-1758. https://doi.org/10.1021/nl049620e.

12. Gaponenko N. V., Molchan I. S., Tsyrkunov D. A., Maliarevich G. K., Aegerter M., Puetz J., Al-Dahoudi N., Misiewicz J., Kudrawiec R., Lambertini V., Pira N. Li, Repetto P. (2005) Optical and Structural Properties of Sol-Gel Derived Materials Embedded in Porous Anodic Alumina. Microelectronic Engineering. 81 (2), 255-261. https://doi.org/10.1016/j.mee.2005.03.016.

13. Sulka G. D. (2008) Highly Ordered Anodic Porous Alumina Formation by Self-Organized Anodizing. Nanostructed Materials in Electrochemistry. 1, 1-116. https://doi.org/10.1002/9783527621507.ch1.

14. Surganov V. F., Gorokh G. G. (1993) Anodic Oxide Cellular Structure Formation on Aluminum Films in Tartaric Acid Electrolyte. Materials Letters. 17, 121-124. https://doi.org/10.1016/0167-577X(93)90069-A.

15. Gaponenko N. V., Kholov P. A., Karnilava Yu. D., Lashkovskaya E. I., Labunov V. A., Martynov I. L., Osipov E. V., Chistyakov A. A., Kargin N. I., Raichenok T. F., Tikhomirov S. A. (2021) Sol-Gel Derived Photonic Crystals BaTiO3/SiO2. Semiconductors. 55 (11), 831-834. https://doi.org/10.1134/S1063782621100110.

16. Gaponenko N. V., Orekhovskaya T. I., Meledina M. V., Prislopsky S. Ya., Gaponenko S. V., Tsirkunov D. A., Borisenko V. E., Turtsevich A. S. (2011) Method for Forming a Pattern for Obtaining a Luminescent Image on an Aluminum Surface: Patent No а20091888 of Rep. Belarus. Publ. 07.13.2011 (in Russian).

17. Gaponenko N. V., Orekhovskaya T. I., Nikolaenko I. A., Linnik O. P., Zhukovskii M. A., Smirnova N. P., Prislopskii S. Ya. (2010) Titanium Oxide Xerogel Films in Porous Aluminum Oxide for Photocatalytic Application. Journal of Applied Spectroscopy. 77 (3), 432-436. https://doi.org/10.1007/s10812-010-9350-4.