к.ф.-м.н. Балтабеков А.С., д.ф.-м.н. Ким Л.М., Султанов А.А.

Карагандинский государственный университет им.Е.А.Букетова, Казахстан

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ СУЛЬФАТОВ КАЛИЯ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Объектами исследования в данной работе являются сульфаты калия, активированные трехвалентными ионами самария и гадолиния. Исходные кристаллы K₂SO₄ были выращены из насыщенных водных растворов методом изотермического испарения растворителя при 40^оС. Активаторы добавлялись в исходный раствор в виде водорастворимых солей. Выбор редкоземельных ионов (РЗИ) в качестве люминесцентных зондов обусловлен тем, что их оптические свойства формируются f-d переходами [1]. Они экранируются валентными электронами. Поэтому только сильное возмущение в ближайшей координационной сфере оказывает влияние на оптические характеристики примесных центров. По всем справочным данным указанные выше сульфаты щелочных металлов не гидратируются. Введение в кристаллическую решетку трехвалентных примесных ионов приводит к образованию большого числа дополнительных вакансий. При росте образцов из водных растворов в эти вакансии могут захватываться молекулы воды. Эти нейтральные молекулы могут выполнять роль компенсатора избыточного заряда у примесных ионов. При термической обработке молекулы воды частично можно удалить. Об этом свидетельствуют изменения кривых термостимулированной люминесценции сульфата калия, активированных ионами РЗИ, до и после подобной процедуры [2, 3].

На рисунке 1 приведен спектр излучения и возбуждения фотолюминесценции для кристалла K₂SO₄-Sm, измеренный при 80К. При возбуждении кристалла сульфата калия, активированного ионами самария, в полосах поглощения возникает фотолюминесценция. На рисунке 1(а) представлен спектр излучения, измеренный при возбуждении данного образца в области 4.1 эВ, т.е. на длинноволновом крае первой полосы поглощения. В этом случае в основном возбуждается излучение, максимум которого находится при 3.12 эВ. Вид коротковолнового крыла данной полосы излучения показывает наличие второй более коротковолновой полосы фотолюминесценции . Здесь же приведен спектр возбуждения для полосы излучения с максимумом при 3.12 эВ, измеренный при регистрации излучения в области 3.0 эВ. Такой способ

измерения спектра возбуждения обусловлен стремлением уменьшить влияния второй полосы в спектре фотолюминесценции данного кристалла. На рисунке 1(б) приведены спектры излучения и возбуждения фотолюминесценции для второй полосы излучения. Спектр излучения измерялся при возбуждении кристалла K₂SO₄-Sm в области 5.55 эВ. Доминирующая полоса излучения в этом случае имеет максимум при 3.54 эВ. Спектр возбуждения для этой полосы фотолюминесценции измерен при регистрации сигнала в области 3.65 эВ. Сравнение результатов, приведенных на рисунке 1(а,б) показывает, что длинноволновая фотолюминесценция эффективно возбуждается в первой (длинноволновой) полосе поглощения, в двух остальных полосах поглощения возбуждается более коротковолновое излучение. Таким образом, спектры поглощения, возбуждения и излучения люминесценции показывают наличие в изучаемой матрице двух типов центров свечения ионов самария. Для кристалла K₂SO₄-Gd были проведены измерения спектров излучения и возбуждения фотолюминесценции. Как и в кристаллах, активированных ионами самария, наблюдаются две полосы излучения. Их максимумы лежат в области 3,30 эВ и 3,75 эВ. Первая полоса излучения является доминирующей при возбуждении в длинноволновой полосе поглощения.

После термической обработки кристаллов длинноволновая полоса излучения необратимо уменьшается по интенсивности, а вторая растет. Эти изменения увеличиваются при более длительном по времени термической обработки образцов. Это явление нельзя объяснить тем, что в кристаллах K₂SO₄ имеются два неэквивалентных катионных узлов. При нагревании удаляются молекулы воды. Изменения оптических свойств примесных ионов после нагревания показывает, что компенсация избыточного заряда у них локальная.

Данная работа выполнена при поддержки Фонда фундаментальных исследований МОН РК по гранту № Ф.05.08.

Литература:

1. Марфунин А.С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. - М.: Недра, 1975. - 324с.

2. Салькеева А.К., Ким Л.М., Кукетаев Т.А. Влияние термической обработки на рекомбинационную люминесценцию сульфата калия, активированного ионами трехвалентного гадолиния // Известие ВУЗов, серия Физика, 2006,т.49, №6. - С. 89-90.

3. Ким Л.М., Салькеева А.К. Влияние ионов самария и гадолиния на радиолиз сульфата калия // Вестник КарГУ, серия Химия, 2007, - С. 14-18.