| Popis: |
Актуальність теми: Останнім часом у люмінофорах червоного світіння домішку марганцю було запропоновано у якості більш дешевої альтернативи небезпечним рідкоземельним домішкам, що зазвичай використовуються у цих люмінофорах. Але, на жаль, фторидні сполуки, необхідні як сполучна речовина для марганцю, призводять до забруднення навколишнього середовища, оскільки в процесі виготовлення використовується концентрована флуоридна кислота. В свою чергу титанати магнію з центрами люмінесценції, пов’язаними з марганцем, є екологічно-чистими люмінофорами червоного світіння, що не містять рідкоземельних елементів та фтору. Тому вивчення електронної структури домішки Mn, що відповідає за люмінесцентні властивості титанатів магнію, є актуальною задачею для подальшого застосування цих матеріалів при виготовленні світлодіодних приладів, які імітують природне сонячне світло. Об’єкт дослідження: керамічні зразки MgTiO3:Mn та Mg2TiO4:Mn з концентрацією Mn 0.1%, отримані шляхом змішування порошків MgO та TiO2, додаванням водного розчину MnSO4 та подальшого відпалу за 1200С в атмосфері кисню. Предмет дослідження: електронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Мета роботи: встановлення електронної структури парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем та аналіз отриманих даних. Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс. Задачі дослідження: провести аналіз літератури за темою: «Електронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, в титанатах магнію»; методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) встановитиелектронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Наукова новизна одержаних результатів: Встановлено, що концентрація парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, вища у MgTiO3, ніж у Mg2TiO4. Встановлено, що парамагнітний центр Mn2+ (S = 5/2), має короткі часи спінової релаксації, та уточнено параметри його спінового Гамільтоніана у керамічних зразках MgTiO3. Виявлено температурну залежність параметра розщеплення в нульовому полі D для іонів Mn2+ у MgTiO3, яку було пояснено коливаннями гратки, застосовуючи модель Дебая. Виявлено парамагнітний центр, пов’язаний з марганцем, який може бути віднесений як до заборонених переходів від Mn2+, так і до іонів Mn4+ (S = 3/2) у MgTiO3. Практичне значення одержаних результатів: Отримані результати мають важливе значення для розуміння природи світловипромінюючих центрів у титанатах магнію та їх подальшого застосування при створенні світлодіодів. Отримані параметри спінового Гамільтоніана для домішки марганцю мають важливе значення для подальших теоретичних розрахунків, зокрема визначення просторового розподілу електронної хвильової функції марганцю у MgTiO3. Actuality: Recently, manganese impurity in the red-emitting phosphors has been proposed as a cheaper alternative to the hazardous rare-earth impurities commonly used in these phosphors. But, unfortunately, fluoride compounds, necessary as a binder for manganese, lead to environmental pollution, since concentrated hydrofluoric acid is used in the manufacturing process. Magnesium titanates with luminescence centers associated with manganese, in turn, are environmentally friendly red luminophores that do not contain rare-earth elements and fluorine. Therefore, the study of the electronic structure of the Mn impurity, which is responsible for the luminescent properties of magnesium titanates, is an actual task for the further use of these materials of LED devices that simulate natural sunlight. The object of research: ceramic samples of MgTiO3:Mn and Mg2TiO4:Mn with a Mn concentration of 0,1%, obtained by mixing MgO and TiO2 powders, adding an aqueous solution of MnSO4 and further annealing at 1200C in an oxygen atmosphere. The research subject: electronic properties of paramagnetic centers associated with manganese in ceramic samples of magnesium titanate doped with manganese. Purpose of work: determination of the electronic structure of paramagnetic centers associated with manganese in ceramic samples of magnesium titanate doped with manganese and analysis of the data obtained. Research methods: electron paramagnetic resonance. Research tasks: to analyze the literature by the topic: "Electronic properties of paramagnetic centers associated with manganese in magnesium titanate"; to establish the electronic properties of paramagnetic centers associated with manganese in ceramic samples of magnesium titanate doped with manganese using the electron paramagnetic resonance (EPR) method. The novelty of the research: It was found that the concentration of paramagnetic centers associated with manganese is higher in MgTiO3 than in Mg2TiO4. A paramagnetic center Mn2+ (S = 5/2) with short spin relaxation times was revealed.The parameters of its spin Hamiltonian in ceramic MgTiO3 samples were found. The temperature dependence of the zero-field splitting parameter D for Mn2+ in MgTiO3 was revealed, which was explained by lattice vibrations using the Debye model. A paramagnetic center associated with manganese was revealed, which can be attributed either to forbidden transitions from Mn2+ to Mn4+ (S = 3/2) in MgTiO3. The practical significance of the obtained results: The obtained results are important for understanding the nature of light-emitting centers in magnesium titanates and their further application in the development of light-emitting diodes. The obtained spin Hamiltonian parameters for the manganese impurity are important for further theoretical calculations. In particular, for the determination of the spatial distribution of the electron wave function of manganese in MgTiO3. |
