vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestich-283Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯPHYSICAL CHEMISTRYТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ ОКСИДА ИТТРИЯ, АКТИВИРОВАННОГО ИОНАМИ ЕВРОПИЯTHERMO-CHEMICAL SYNTHESIS OF ULTRAFINE POWDERS OF YTTRIUM OXIDE ACTIVATED BY EUROPIUM IONSДавыдоваО. В.DavydovaO. V.

ст. преподаватель, кафедра «Материаловедение в машиностроении»

пр-т Октября, 48, 246746

Assistant Professor, Materials Science in Mechanical Engineering Department

48, Oktyabrya Ave., 246746

olga_davidova-uretskaya@mail.ruДробышевскаяН. Е.DrobyshevskayaN. E.

ст. науч. со- трудник, НИЛ техн. керамики и наноматериалов

пр-т Октября, 48, 246746

Senior Researcher, Scientific Research Laboratory of Technical Ceramics and Nanomaterials

48, Oktyabrya Ave., 246746

ПодденежныйЕ. Н.PoddenezhnyE. N.

гл. науч. со- трудник, НИЛ техн. керамики и наноматериалов

пр-т Октября, 48, 246746

Leading Researcher, Scientific Research Laboratory of Technical Ceramics and Nanomaterials

48, Oktyabrya Ave., 246746

podd-evgen@yandex.ruБойкоА. А.BoikoA. A.

проректор по науч. работе

пр-т Октября, 48, 246746

Vice-Rector for Research

48, Oktyabrya Ave., 246746

boiko_gstu@mail.ruГомельский государственный технический университет им. П. О. Сухого, ГомельSukhoi State Technical University of Gomel, Gomel201713122017041522Copyright © Давыдова О.В., Дробышевская Н.Е., Подденежный Е.Н., Бойко А.А., 20172017Давыдова О.В., Дробышевская Н.Е., Подденежный Е.Н., Бойко А.А.Davydova O.V., Drobyshevskaya N.E., Poddenezhny E.N., Boiko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/283

Описан синтез наноструктурированных порошков оксида иттрия, легированного ионами европия методом горения с использованием в качестве горючего углеводов (фруктоза, сахароза) и уксусной кислоты, а в виде дополнительного горючего для поджига смеси – гексаметилентетрамина. На основании изучения удельной поверхности, микроструктуры и морфологии полученных порошков, а также после прокаливания прекурсоров при темпе- ратурах 700, 900 и 1100 °С установлено, что удельная поверхность падает с повышением температуры прокаливания. Это связано с удалением слабосвязанных примесных групп (ОН, NO, СО2) с поверхности агрегатов, уплотнением кристаллической структуры частиц матрицы и формированием более крупных частиц. При температуре прокаливания 700 °С формируются наноструктурированные частицы размерами от 39 (горение в уксусной кислоте) до 53 нм (горение в сахарозе). При температуре 1100 °С формируются более крупные агрегаты с размерами частиц от 0,6 (при синтезе в сахарозе) до 0,23 мкм (при синтезе в уксусной кислоте). Полученные таким образом порошки проявляют эффективные люминесцентные свойства в красной области спектра при возбуждении в УФ-диапазоне (на длине волны 250 нм). 

A new approach to the synthesis of nanostructured yttrium oxide powders doped with europium ions by the method of combustionis is described. Carbohydrates (fructose, sucrose) and acetic acid were used as a fuel and hexamethylenetetramine – as additional fuel for ignition of the mixture. Based on the study of specific surface area, microstructure and morphology of the obtained powders, as well as after precursor calcination at 700, 900 and 1100 °C , it was found that specific surface area decreases with the increase of calcination temperature. This is due to the removal of weakly bound impurity groups (ОН, NO, СО2) from the surface of aggregates, compaction of the crystalline structure of the matrix particles and larger particle formation. In case of calcination at 700 °C, nanostructured particles with a size ranging from 39 nm (combustion in acetic acid) to 53 nm (burning in sucrose) are formed. Larger aggregates with particle sizes from 0.6 µm (in presence of sucrose) to 0.23 microns (in presence of acetic acid) are formed at 1100 °C. The powders obtained in such a way exhibit efficient luminescence properties in the red region of the spectrum upon excitation in the UV range (wavelength 250 nm). 

термохимический синтезультрадисперсные порошкиоксид иттрияионы европияthermo-chemical synthesisyttrium oxideultrafine powderseuropium ionsReferencesMinh, L. Q. Luminescent nanomaterials[Electronic resource]/ L. Q. Minh, W. Strek, T. K. Anh, K. Yu // Journal of Nanomaterials.– 2007. –Article ID 48312. – Mode of access: http://www.hindawi.com/journals/jnm/2007/048312 /abs/. – Date of access: 07.08.12.Minh L. Q., Strek W., Anh T. K., Yu K., “Luminescent nanomaterials”, Available at: http://www.hindawi.com/journals/jnm/2007/048312 /abs/, (accessed 07.08.12).Mouzon, J. Synthesis of Yb:Y2O3 nanoparticles and fabrication of transparent polycrystalline yttria ceramics / J. Mouzon.– Luleå : Luleåtekniskauniversitet, 2005.– 126 p.Mouzon J., “Synthesis of Yb:Y2O3 nanoparticles and fabrication of transparent polycrystalline yttria ceramics”, PhD Thesis, Division of Engineering Materials, Lulea University of Technology, Department of Applied Physics and Mechanical Engineering, 2006.Packiyaraj, P. Structural and photoluminescence studies of Eu3+doped cubic Y2O3nanophosphors / P. Packiyaraj, P. Thangadurai //Journal of Luminescence. – 2014. – Vol. 145. – P. 997–1003.Packiyaraj P., Thangadurai P., “Structural and photoluminescence studies of Eu3+doped cubic Y2O3nanophosphors”, Journal of Luminescence, 2014, vol. 145, pp. 997–1003.Liu, F.-W. Microwave assisted solvothermal preparation and photoluminescence properties of Y2O3:Eu3+phosphors / F.-W. Liu, C.-H. Hsu, F.-S. Chen, C.-H. Lu // Ceramics International. – 2012. – Vol. 38, № 2.– P. 1577–1584.Liu F.-W., Hsu C.-H., Chen F.-S., Lu C.-H., “Microwave assisted solvothermal preparation and photoluminescence properties of Y2O3:Eu3+phosphors”, Ceramics International, 2012, vol. 38, no. 2, pp. 1577–1584.Huang, H. Synthesis and characterization of Eu:Y2O3 nanoparticles / H. Huang, G. Q. Xu, W. S. Chin, L. M. Gan, C. H. Chew // Nanotechnology. – 2002. – Vol. 13, № 3. – P. 318–323.Huang H., Xu G. Q., Chin W. S., Gan L. M., Chew C. H., “Synthesis and characterization of Eu:Y2O3 nanoparticles”, Nanotechnology, 2002, vol. 13, no. 3, pp. 318–323.Psuja, P. Rare-earth doped nanocrystalline phosphors for field emission displays / P. Psuja, D. Hreniak, W. Strek // Journal of Nanomaterials. – 2007. – Article ID 81350. – Mode of access:http://www.hindawi. com/journals/jnm/2007/081350/ ref/. – Date of access: 07.08.12.Psuja P., Hreniak D., Strek W., “Rare-earth doped nanocrystalline phosphors for field emission displays”, Available at: http://www.hindawi.com/journals/jnm/2007/081350/ref/, (accessed 07.08.12).Jayaramaiah, J. R. Luminescence studies of europium doped yttrium oxide nanophosphor / J. R. Jayaramaiah, B. N. Lakshminarasappa, B. M. Nagabhushana //Sensors and Actuators B: Chemical. – 2012. – Vol. 173. – P. 234–238.Jayaramaiah J. R., Lakshminarasappa B. N., Nagabhushana B. M., “Luminescence studies of europium doped yttrium oxide nano phosphor”, Sensors and Actuators B: Chemical, 2012, vol. 173, pp. 234–238.Anh, T. K. Luminescent nanomaterials containing rare earth ions for security printing / T. K. Anh, D. X. Loc, T. T. Huong, N. Vu, L. Q. Minh // International Journal of Nanotechnology. – 2011. – Vol. 8, № 3–5. – P. 335–346.Anh T. K., Loc D. X., Huong T. T., Vu N., Minh L. Q., “Luminescent nanomaterials containing rare earth ions for security printing”, International Journal of Nanotechnology, 2011, vol. 8, no. 3–5, pp. 335–346.Gupta, A. Electroluminescence and photoluminescence of rare earth (Eu,Tb) doped Y2O3 nanophosphor / A. Gupta, N. Brahme, D. Prasad Bisen // Journal of Luminescence. – 2014. – Vol. 155. – P. 112–118.Gupta A., Brahme N., Prasad Bisen D., “Electroluminescence and photoluminescence of rare earth (Eu,Tb) dopedY2O3 nanophosphor”, Journal of Luminescence, 2014, vol. 155, pp. 112–118.Hitz, Breck. Yb:Y2O3 Ceramic Laser Generates 4.2 W. Breck Hitz // Optics Letters. – 2004. – №6. – P. 1212–1214.Hitz B., “Yb:Y2O3 Ceramic Laser Generates 4.2 W”, Optics Letters, 2004, no. 6, pp. 1212–1214.Оптически прозрачная керамика на основе оксида иттрия с использованием карбонатных и алкоксидных прекурсоров / А. В. Беляков [и др.] // Стекло и керамика. – 2006. – № 8. – С. 17–19.Beliakov А. V., Lemeshev D. О., Lukin Е. S., Val’nin G. P., Grinberg Е. Е., “Optically transparent ceramics on the basis of yttrium oxide with the use of carbonate and alkoxide precursors”, Steklo i keramika [Glass and ceramics], 2006, no. 8, pp. 17–19.Mukasyan, A. S. Solution combustion synthesis of nanomaterials / A. S. Mukasyan, P. Epstein, P. Dinka // Proceedings of the Combustion Institute. – 2007. – Vol. 31, № 2. – P. 1789–1795.Mukasyan A. S., Epstein P., Dinka P., “Solution combustion synthesis of nanomaterials”, Proceedings of the Combustion Institute, 2007, vol. 31, no. 2, pp. 1789–1795.Наноструктурированные люминофоры на основе иттрий-алюминиевого граната для дискретных фотолюминесцентных преобразователей светодиодных осветительных приборов / А. О. Добродей [и др.] // Перспективные материалы. – 2013. – № 1. – С. 19–22.Dobrodei A. O., Sobolev E. V., Poddenezhnyi E. N., Boiko A. A., “The nanostructured phosphors on the basis of yttrium-aluminum garnet for the discrete photoluminescent transformers of LED lighting instruments”, Perspektivnye materialy [Perspective materials], 2013, no. 1, pp. 19–22.Об аномальной эффективности люминесценции субмикронного фосфора Y2O3: Eu3+ / Т. А. Помелова [и др.] // Физика твердого тела. – 2014. – Т. 56, № 12. – С. 2410–2419.Pomelova Т. А., Bakovets V. V., Korol’kov I. V., Antonova О. V., Dolgovesova I. P., “About abnormal efficiency of a luminescence of submicronic phosphorus Y2O3: Eu3+”, Fizika tverdogo tela [Solid state physics], 2014, vol. 56, no. 12, pp. 2410–2419.Rouquerol, J. Characterization of porous solids III : proceedings of the IUPAC Symposium (COPS III), Marseille, France, May 9–12,1993 / J. Rouquerol et al. // Studies in surface science and catalysis. – 1993. – Vol. 87. – P. 802.Rouquerol J., Rodriguez-Reinoso F., Sing K. S. W., “Characterization of porous solids III : proceedings of the IUPAC Symposium (COPS III), Marseille, France, May 9–12,1993”, Studies in surface science and catalysis, 1993, vol. 87, p. 802.Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег, К. Синг. – М.: Мир, 1970. – 407 с.Gregg S., Sing K., Adsorbtsiia, udel’naia poverkhnost’, poristost’ [Adsorption, surface area and porosity], Mir, Moscow, RU, 1970.Получение наноразмерных порошков оксида иттрия методом самораспространяющегося высокотемператур- ного синтеза // Д. А. Пермин [и др.] / Вестн. Нижегород. ун-та им. Н. И. Лобачевского. – 2011. – № 2. – С. 91–97.Permin D. A., Balabanov S. S., Gavrishchuk E. M., Drobotenko V. V., “Producing nanodimensional powders of oxide of yttrium by self-propagating high-temperature synthesis”, Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobachevskogo [Bulletin of the Nizhny Novgorod university of N. I. Lobachevsky], 2011, no. 2, pp. 91–97.Пермин, Д. А. Получение особо чистых нанопорошков оксида иттрия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: автореф. дис. ... канд. хим. наук: 02.00.01 / Д. А. Пермин; Ин-т химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН. – Нижний Новгород, 2011. – 27 c.Permin D. A., “Produsing especially pure nanopowders of oxide of yttrium by self-propagating high-temperature synthesis”, Abstract of Ph. D. dissertation, inorganic chemistry, Institute of Chemistry of High-Purity Substances. G. G. Deviatych RAS, Nizhny Novgorod, RU, 2011.Альмяшева, О. В. Размер, морфология и структура частиц нанопорошка диоксида циркония, полученного в гидротермальных условиях / О. В. Альмяшева [и др.] // Наносистемы: физика, химия, математика. – 2010. – Т. 1, № 1. – С. 26–36.Al’miasheva O. V., Fedorov B. A., Smirnov A. V., Gusarov V. V., “The size, morphology and structure of particles of nanopowder of dioxide of the zirconium obtained in hydrothermal conditions”, Nanosistemy: fizika, khimiia, matematika [Nanosystems: physics, chemistry, mathematics], 2010, vol. 1, no. 1, pp. 26–36.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.