Синтез и исследование люминофоров на основе алюминиевых гранатов и гексафторогерманата калия для белых светодиодов

Объекты исследования - Эффективные люминофоры для «белых» светодиодов с высоким индексом цветопередачи. Предмет исследования - механизмы и результаты влияния легирующих примесей Ce3+, Mn2+, Si4+ в гранатах (YAG и LuAG) и примесей Si и Mn4+ в гексафторогерманате калия (K2GeF6) на структуру и морфологию люминофоров, параметры и характеристики люминесценции. Цель - разработать и исследовать эффективные, экономичные люминофоры для коррекции цветовых параметров излучения «белых» светодиодов, а также сделать всесторонний анализ их структуры, морфологии, люминесцентных свойств, термостойкости, влагостойкости. В исследованиях использовалось современное аттестованное оборудование для рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии, флуоресцентной спектрометрии и др. Методом твердофазных реакций синтезирована серия перестраиваемых по спектру излучения гранатовых фосфоров (излучатели: Ce3+ и Mn2+). Установлена структура твердого раствора и симметрия центров свечения при различных содержаниях активаторов и соактиваторов. Показано, что при введении оптимальных концентраций пар Mn-Si не возникает примесной фазы, а благодаря передаче энергии от Ce3+ к Mn2+ люминофоры эффективно возбуждаются синим светом излучая ярко-красный. Методом соосаждения успешно синтезирована серия твердых растворов K2Ge1-xSixF6:Mn4+. Показано, при замещении иона Ge4+ ионом Si4+ метастабильная гексагональная фаза P63mc твердого раствора стабилизируется и существенно повышается термо- и водостойкость синтезированного люминофора. Параметры и характеристики фотолюминесценции синтезированных люминофоров, их стабильность и возможность управлять цветовыми характеристиками говорит о возможности их применения в качестве эффективных люминофора для изготовления светодиодов различной цветности, в том числе с высоким индексом цветопередачи. Результаты исследований расширяют и углубляют знания о процессах вызывающих и сопровождающих люминесценцию ионов Mn2+ и Mn4+ в гранатовых и матрицах и гексафторогерманате калия, позволяют расширить ассортимент дешевых, технологичных, с улучшенными свойствами люминофоров для светодиодов. Научный руководитель - Корепанов Владимир Иванович, доктор физико-математических наук, профессор отделения материаловедения на правах кафедры инженерной школы новых производственных технологий ТПУ. Официальные оппоненты: Михайлов Михаил Михайлович, доктор физико-математических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники», заведующий лабораторией радиационного и космического материаловедения; Шамирзаев Тимур Сезгирович, доктор физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, ведущий научный сотрудник. Наиболее значимые научные работы автора по теме диссертации: 1. T. C. Lang, T. Han, S. Q. Fang, J. Y. Wang, S. X. Cao, L. L. Peng, B. T. Liu, V. I. Korepanov, A. N. Yakovlev Improved phase stability of the metastable K2GeF6:Mn4+ phosphors with high thermal stability and water-proof property by cation substitution // Chemical Engineering Journal. -2020. -Vol. 380. -P. 122429. 2. T. C. Lang, T. Han, C. Zhao, S. Fang, L. Zhao, V. I. Korepanov, A. N. Yakovlev Luminescence properties of color tunable new garnet structure (Lu1-xMnx)3Al2(Al1-xSix)3O12:Ce3+ solid solution phosphors // Journal of Luminescence. -2019. -Vol. 207. - P. 98 - 104. 3. T. C. Lang, T. Han, S. Fang, M. Wang, D. Yang, J. Wang, S. Cao, L. Peng, B. Liu, M. Cai, Yang Zhong, V. I. Korepanov, A. N. Yakovlev Phase transformation of K2GeF6 polymorph for phosphors driven by the simple precipitation-dissolution equilibrium and ion exchange // Inorganic Chemistry. - 2020. - Vol. 59. - P. 8298 - 8307. 4. S. Q. Fang, Lang T. C., T. Han, M. Cai, S. Cao, L. Peng, B. Liu, Y. Zhong, A. N. Yakovlev, V. I. Korepanov A novel efficient single phase dual-emission phosphor with high resemblance to photosynthesis spectrum // Journal of Materials Chemistry C. - 2020. -Vol. 8. -P. 6245. 5. T. Han, T. C. Lang, Y. Zhong, S. Cao, L. Peng, A. Yakovlev, E. Polisadova Spectral broadening of a single Ce3+-doped garnet by chemical unit cosubstitution for near ultraviolet LED // Optical Materials Express. - 2018. - Vol. 8. -P. 3761-3769. 6. T. C. Lang, J. Y. Wang, T. Han, M. S. Cai, S. Q. Fang, Y. Zhong, L. L. Peng, S. X. Cao, B. T. Liu, E. Polisadova, V. Korepanov, A. Yakovlev Enhancing structural rigidity via a strategy involving protons for creating water-resistant Mn4+-doped fluoride phosphors / // Inorganic Chemistry. -2021, -Vol. 60. -P. 1832 - 1838.