CC BY
6
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИИ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ май-июнь 2024 Том 24 № 3 http://ntv.ifmo.ru/
SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS
l/ITMO
ISSN 2226-1494 (print) ISSN 2500-0373 (online)
May-JUne2o24 v„,,4N„3 h„P://n.,,m„,u/en/ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-448-455 УДК 54.057
Полимерно-солевой синтез и исследование структуры нанопорошков модифицированного ванадием алюмоиттриевого граната
Сергей Константинович Евстропьев1, Вячеслав Александрович Островский2, Константин Николаевич Макаров3, Дмитрий Владимирович Булыга4®, Валерий Михайлович Волынкин5, Александр Витальевич Сандуленко6, Константин Владимирович Дукельский7, Григорий Сергеевич Полищук8
1,4,5Д7,8 до «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация 2,3 АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований», Троицк, 108840, Российская Федерация
1 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0160-8443
2 [email protected], https://orcid.org/0009-0000-9114-2116
3 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-3280-3489
4 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-8861-2527
5 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6325-1507
6 [email protected], https://orcid/0000-0002-4688-4767
7 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1627-7499
8 [email protected], https://orcid.org/0009-0005-9358-6040
Аннотация
Введение. В работе низкотемпературным полимерно-солевым методом синтезированы дисперсные порошки алюмоиттриевого граната (АИГ), модифицированного ванадием (V) и проведено сопоставление их структуры с монокристаллами, выращенными традиционными высокотемпературными методами. Метод. Структура, морфология и химический состав материалов исследованы методами рентгенофазового, электронно-микроскопического и энергодисперсионного анализов. На основании данных рентгенофазового анализа выполнены расчеты параметров элементарных ячеек кристаллов АИГ в полученных порошках и монокристаллах и оценка среднего размера кристаллов в порошках. Результаты исследований структуры полученных порошков сопоставлены с данными монокристаллов АИГ:У выращенных высокотемпературными методами. Основные результаты. Показано, что дисперсные порошки, полученные во время термообработки при 1000 °С в ходе синтеза, состоят из микроскопических агрегатов нанокристаллов AHTV, имеющих средний размер 43 нм и кристаллическую структуру, характерную для монокристаллов АИГ. Установлено, что вхождение ионов ванадия в структуру кристаллов АИГ и замещение ими ионов Al3+ сопровождается деформацией элементарной ячейки. Показано, что это явление наблюдается как в монокристаллах АИГ:У выращенных высокотемпературным методом, так и в дисперсных порошках, изготовленных низкотемпературным полимерно-солевым синтезом. Экспериментальные результаты, полученные методом инфракрасной спектроскопии, показали близость структуры нанопорошков и монокристаллов АИГ:У Обсуждение. Синтезированные дисперсные порошки могут быть использованы для создания светопоглощающей оптической керамики или органо-неорганических композитов. Ключевые слова
алюмоиттриевый гранат, ванадий, кристалл, элементарная ячейка, нанопорошок
Ссылка для цитирования: Евстропьев С.К., Островский В.А., Макаров К.Н., Булыга Д.В., Волынкин В.М., Сандуленко А.В., Дукельский К.В., Полищук Г.С. Полимерно-солевой синтез и исследование структуры нанопорошков модифицированного ванадием алюмоиттриевого граната // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 3. С. 448-455. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-448-455
© Евстропьев С.К., Островский В.А., Макаров К.Н., Булыга Д.В., Волынкин В.М., Сандуленко А.В., Дукельский К.В., Полищук Г.С., 2024
Polymer-salt synthesis and study on structure of vanadium-doped yttrium-aluminum garnet
Sergey K. Evstropiev1, Vyacheslav A. Ostrovskii2, Konstantin N. Makarov3, Dmitry V. Bulyga4H, Valery M. Volynkin5, Alexander V. Sandulenko6, Konstantin V. Dukelskii7, Grigoriy S. Polishchuk8
1,4,5,6,7,8 JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation 2,3 AO "GNTs RF TRINITI", Troitsk, 108840, Russian Federation
1 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0160-8443
2 [email protected], https://orcid.org/0009-0000-9114-2116
3 [email protected], https://orcid.org/0009-0004-3280-3489
4 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-8861-2527
5 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6325-1507
6 [email protected], https://orcid/0000-0002-4688-4767
7 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1627-7499
8 [email protected], https://orcid.org/0009-0005-9358-6040
Abstract
Nanoscaled YAG:V powders were synthesized using low-temperature polymer-salt method. A comparison of their structure with monocrystals structure was performed. Structure, morphology and chemical composition of materials were studied using XRD, SEM and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Estimation of average sizes of nanocrystals and crystal cell parameters was performed based on XRD data. The results were compared with the results obtained earlier for YAG:V monocrystals. Nanopowders synthesized at 1000 °C consist from microscopic aggregates of YAG:V nanocrystals with average size of 43 nm and crystal structure characteristic for YAG monocrystals. It was found that V3+ incorporation and their substitution of aluminum ions leads to distortion of crystal cell. It was shown that this phenomenon is observed both in YAG:V monocrystals and nanopowders synthesized using low-temperature polymer-salt method. The infrared spectroscopy data shows the similarity of the monocrystal and nanopowders structure. Obtained powders can be applied for fabrication of light-absorbing optical ceramics and organo-inorganic composites. Keywords
yttrium-aluminum garnet, vanadium, crystal, unit cell, nanopowder
For citation: Evstropiev S.K., Ostrovskii V.A., Makarov K.N., Bulyga D.V., Volynkin V.M., Sandulenko A.V., Dukelskii K.V., Polishchuk G.S. Polymer-salt synthesis and study on structure of vanadium-doped yttrium-aluminum garnet. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2024, vol. 24, no. 3, pp. 448-455 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-448-455
Введение
Алюмоиттриевый гранат (АИГ), модифицированный ванадием (V), применяется в лазерной технике для создания пассивных затворов [1-6]. Для их изготовления часто используются монокристаллы АИГ^ [2, 5], но разработана и оптическая керамика на основе этого материала [2].
Ионы V в кристаллах АИГ могут находиться в различных валентных формах, соотношение между которыми зависит от окислительно-восстановительных условий технологических процессов роста и последующего отжига кристаллов [2]. Эти ионы в тетраэдри-ческой координации замещают в кристаллах АИГ ионы А13+ и характеризуются наличием нескольких полос поглощения в видимой и ближней ИК (инфракрасной) областях спектра с максимумами на длинах волн 424, 598, 822, 1098 и 1282 нм [1, 7]. Полосы поглощения при максимумах 1098 и 1282 нм связаны с ионами V3+, а 424 нм — с ионами V44" в тетраэдрических координаци-ях. Полоса 598 нм является результатом переналожения полос поглощения ионов V34 в октаэдрической и V44 в тетраэдрической координациях [1].
Для получения монокристаллов АИГ^ применяются традиционные высокотемпературные методы [1, 5]. Вместе с тем для синтеза люминофоров и порошков АИГ используются более простые и экономичные жид-
костные методы [8-13]. Для синтеза наночастиц АИГ часто применяются низкотемпературные методы (со-осаждение из растворов [2, 14], золь-гель [11, 12, 15], полимерно-солевой метод [9, 13] и другие).
Полученные низкотемпературными методами нано-порошки АИГ используются в качестве люминофоров [8-10, 12, 16] и для получения оптической керамики [4, 14, 17, 18]. Светопоглощающая керамика на основе АИГ перспективна для применения в мощных лазерных системах [4, 17, 18]. Потому разработка методов получения нанопорошков, содержащих модифицирующие компоненты, является задачей и необходимым этапом разработки светопоглощающей оптической керамики из АИГ.
Цель настоящей работы — разработка методики полимерно-солевого синтеза и исследование структуры нанопорошков модифицированного ванадием АИГ в сопоставлении с аналогичными монокристаллами, выращенными традиционным высокотемпературным методом.
Материалы и методы
В настоящей работе для синтеза частиц АИГ^ использован жидкостной полимерно-солевой метод, описанный в работе [9]. В качестве исходного материала для синтеза применен водный раствор, содержащий ни-
траты алюминия (2,98 масс.%) и иттрия (2,31 масс.%), ванадат аммония (0,02 масс.%), поливинилпирролидон (M = 25 000 г/моль, 2 масс.%) и солянокислый гидразин (0,04 масс.%). Добавка поливинилпирролидона использована для синтеза из растворов наночастиц АИГ, модифицированных редкоземельными ионами [9, 11, 13]. Солянокислый гидразин добавлен в раствор для восстановления ионов V. Раствор был высушен при 70 °С, затем полученный композит подвергнут термообработке при 1000 °С в течение 2 ч. Полученный в результате термообработки материал представлял собой однородный дисперсный порошок зеленоватого оттенка.
Монокристаллы выращены методами Чохральского и вертикальной направленной кристаллизации. Шихта получена из AI2O3, Y2O3 и V2O5, взятых в стехиоме-трическом соотношении для получения кристалла АИГ, содержащего 1,25 ат.% V.
Исследование структуры, морфологии и химического состава полученного материала проводилось методами рентгенофазового, электронно-микроскопического и энергодисперсионного анализов. Материал содержал 1,25 ат.% V и представлял собой дисперсный порошок, состоящий из частиц микронного размера.
Для исследования кристаллической структуры синтезированного порошка применен метод рентгенофазо-вого анализа, используя дифрактометр Rigaku Ultima IV (Rigaku Corporation). Средний размер d кристаллов
АИГ^ рассчитан на основании полученных данных по формуле Шеррера.
Морфология и химический состав материалов изучены методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа на микроскопе TESCAN VEGA3, снабженном приставкой Advanced Aztec Energy (Oxford Instruments).
ИК спектры поглощения полученных материалов измерены при помощи фурье-спектрометра Bruker ALPHA.
Результаты и обсуждение
На рис. 1 приведены результаты рентгенофазового анализа синтезированного порошка и монокристаллических образцов чистого АИГ и АИГ:У На приведенных рентгенограммах хорошо видны пики, характерные для АИГ. Детальное рассмотрение положения пиков АИГ^ показало, что, по сравнению с чистым АИГ, наблюдаются небольшие сдвиги пиков в сторону меньших значений брэгговского угла, что свидетельствует о некотором расширении элементарной ячейки кристаллов. Данное явление исследовано в работе [2] при сопоставлении структуры монокристаллов АИГ и АИГ:Х выращенных методом Чохральского.
В табл. 1 приведены положения на рентгенограммах полученных материалов наиболее интенсивных пиков АИГ. Для сравнения в таблице приведены стандартные
20, °
Рис. 1. Рентгенограммы: монокристаллов АИГ (a); АИГ:У (b); порошка АИГ:У, полученного полимерно-солевым методом (c) Fig. 1. XRD patterns of YAG (a), YAG:V (b) monocrystals and YAG:V powder synthesized by polymer-salt method (c)
Таблица 1. Положение наиболее интенсивных пиков на дифрактограммах материалов и параметры элементарной ячейки
кристаллов АИГ
Table 1. Positions of the most intense peaks on XRD patterns and YAG crystal cell parameters
Материал
Стандартные параметры материалов Монокристалл АИГ [20] Монокристалл АИГ (полученный в настоящей работе) Монокристалл Порошок AOT:V
JCPDS 01075-6655 Метод получения материала
(hkl)* Чохральского Вертикальной направленной кристаллизации Полимерно-солевой
(321) 27,76 27,88 27,90 27,82 27,50
(400) 29,72 29,92 29,84 29,78 29,45
(420) 33,32 33,48 33,45 33,40 33,05
(422) 36,61 36,77 36,75 36,70 36,30
(521) 41,11 41,33 41,25 41,20 40,85
(532) 46,55 46,83 46,70 46,60 46,30
(444) 52,74 52,99 52,90 52,80 52,55
(640) 55,07 55,38 55,20 55,15 54,90
(642) 57,33 57,87 57,46 57,41 57,10
(842) 71,97 72,32 72,10 72,04 71,70
a*, нм 1,2000 1,1954 1,1989 1,2028 1,2096
V*, нм3 1,7294 1,7082 1,7234 1,7401 1,7698
Примечание. (Ик1)* — обозначения кристаллографических плоскостей (индексы Миллера); а* — параметр кристаллической решетки; V* — объем кристаллической решетки.
данные о положении этих пиков АИГ (JCPDS 01-0756655) на дифрактограмме монокристалла АИГ, выращенного методом Чохральского и данные работы [19].
Известно, что вхождение модифицирующих ионов в кристаллическую решетку АИГ часто сопровождается деформацией элементарной ячейки кристаллов [10, 14, 15, 19]. В работе [4] показано, что при внедрении ионов V в кристаллическую решетку АИГ в процессе роста его монокристаллов наблюдается увеличение размеров элементарной ячейки кристаллов. Так, параметр а кристаллической решетки монокристаллов АИГ, выращенных в [2] методом Чохральского, составил 1,2005 нм, а при введении V (0,8 ат.%) в состав АИГ увеличился до 1,2006 нм. Последующий отжиг в вакууме полученного монокристалла АИГ^ не изменил параметров его элементарной ячейки, а термообработка в среде водорода привела к дополнительному расширению элементарной ячейки кристалла (а = 1,2008 нм).
Изменение параметров элементарной ячейки кристаллов АИГ связано с различием размеров V и замещаемых ими ионов. Ионы V замещают А13+ в кристаллах АИГ [1, 5]. Ионные радиусы А13+ (VI), V4+ (VI) и (VI) составляют 53,5, 58,0 и 64,0 пм, соответственно [20]. Различие в размерах трехвалентных ионов алюминия и V значительно и при вхождении в кристаллическую решетку АИГ наблюдается ее заметная деформация.
Оценочные расчеты по формуле Шеррера показали, что средний размер кристаллов АИГ^ в синтезирован-
ном порошке составляет 43 нм, что заметно превышает размеры кристаллов АИГ:Yb, полученные аналогичным методом в [13].
На рентгенограмме порошка АИГ^ кроме пиков АИГ наблюдаются также небольшие пики ванадата иттрия YVO4 с максимумами около 25 и 50° (рис. 1, с).
Их появление на рентгенограмме может быть связано с проявлением дефицита алюминия в полученном порошке и тем, что термообработка материалов в процессе полимерно-солевого синтеза осуществлялась в воздушной атмосфере, что могло способствовать окислению ионов V. Отметим, что заметный дефицит алюминия и избыток иттрия по сравнению с расчетными стехиометрическими соотношениями в монокристаллах и керамике АИГ^ наблюдался в работе [2].
На рис. 2 приведен электронно-микроскопический снимок порошка АИГ^, полученного полимерно-солевым методом. Видно, что полученный порошок состоит из частиц неправильной формы различного размера. Наряду с субмикронными частицами в структуре материала наблюдаются агрегаты, имеющие микронные размеры.
На рис. 3, а представлены ИК спектры монокристаллов АИГ и АИГ^, а на рис. 3, Ь — порошка АИГ:^
В спектрах наблюдаются интенсивные полосы поглощения с максимумами 511, 566, 694, 725 и 789 см1, характерные для кристаллов АИГ [10, 12, 13, 15] и соответствующие колебаниям связей А1-0 и Y-O в структурных группах [АЮ4], [А106] и ^08]. Так, пики с максимумами 511, 566 и 725 см-1 часто относят к
Л fé
Рис. 2. Электронно-микроскопический снимок порошка АИГ:У, синтезированного полимерно-солевым методом и
термообработанного при 1000 °С
Fig. 2. SEM image of YAG:V powder synthesized by polymer-salt method at 1000 °C
700
Волновое число, см-1
700
Волновое число, см-1
Рис. 3. Инфракрасные спектры поглощения синтезированных материалов: монокристаллов АИГ (кривая 1) и АИГ:У
(кривая 2) (a) и порошка АИГ:У (b) Fig. 3. Infrared absorption spectra of synthesized materials: YAG (curve 1) and YAG:V (curve 2) monocrystals (a); YAG:V powder (b)
колебаниям Y-O связи [16, 21, 22], а полосы с максимумами 694 и 789 см-1 к колебаниям связи А1-0 [16, 19]. Вместе с тем обзор многочисленных научных данных по ИК спектрам кристаллов АИГ, приведенный в работе [16] показывает, что отнесение пиков поглощения к колебаниям конкретных связей может быть неоднозначным.
При сопоставлении спектров монокристалла и порошка АИГ^ заметно различие в соотношении интен-сивностей полос поглощения различных структурных групп. Отметим также, что форма спектра поглощения порошка АИГ^ аналогична форме спектра порошков АИГ^Ь, приведенным в [23]. Можно предположить, что наблюдаемое небольшое различие в ИК спектрах поглощения монокристаллов (рис. 3, a) и нанопорошка (рис. 3, Ь) связано с незавершенностью процессов формировании кристаллической структуры последнего в процессе его низкотемпературного синтеза.
Заключение
В работе экспериментально показана возможность формирования низкотемпературным (1000 °С) полимерно-солевым методом дисперсного порошка алю-моиттриевого граната, модифицированного ванадием. Полученный порошок состоит из нанокристаллов, имеющих средний размер 43 нм. Результаты сопоставления данных рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопии монокристаллов алюмоиттриевого граната, модифицированного ванадием, выращенных методом направленной кристаллизации и полученного порошка, показали схожесть кристаллической структуры этих материалов. На основании данных рент-генофазового анализа показано, что при вхождении ионов ванадия в структуру алюмоиттриевого граната и замещении ими ионов алюминия происходит некоторое увеличение размеров элементарной ячейки кристалла.
Это явление наблюдается как в монокристаллах, так и в порошке, полученном низкотемпературным синтезом. На основании полученных результатов можно сделать
вывод о перспективности полимерно-солевого метода для синтеза нанопорошков для светопоглощающей оптической керамики.
Литература
1. Laguta V., Buryi M., Beitlerova A., Laguta O., Nejezchleb K., Nikl M. Vanadium in yttrium aluminum garnet: charge states and localization in the lattice // Optical Materials. 2019. V. 91. P. 228-234. https://doi. org/10.1016/j.optmat.2019.03.024
2. Kruczek M., Talik E., Kusz J., Sakowska H., Swirkowicz M., Weglarz H. Electronic structure of УзА^О^^ single crystals, comparison with sintered ceramics // Acta Physica Polonica A. 2009. V. 115. N 1. P. 209-212. https://doi.org/10.12693/aphyspola.115.209
3. Sulc J., Jelinkova H., Nemec M., Nejezchleb K., Skoda V. V:YAG saturable absorber for flash-lamp and diode-pumped solid state lasers // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5460. https://doi. org/10.1117/12.544822
4. Huang H.-T., Zhang B.-T., He J.-L., Yang J.-F., Xu J.-L., Yang X.-Q., Zuo C.-H., Zhao S. Diode-pumped passively Q-switched Nd:Gd0 5У0 5VO4 laser at 1.34 ^m with V3+:YAG as the saturable absorber // Optics Express. 2009. V. 17. N 9. P. 6946-6951. https:// doi.org/10.1364/0E.17.006946
5. Mikhailov V.P., Kuleshov N.V., Zhavoronkov N.I., Prokohsin P.V., Yumashev K.V., Sandulenko V.A. Optical absorption and nonlinear transmission of tetrahedral V3+ (d2) in yttrium aluminum garnet // Optical Materials. 1993. V. 2. N 4. P. 267-272. https://doi. org/10.1016/0925-3467(93)90023-T
6. Huang H.-T., He J.-L., Zhang B.-T., Yang J.-F., Xu J.-L., Zuo C.-H., Tao X.-T. V3+:YAG as the saturable absorber for a diode-pumped quasi-three-level dual-wavelength Nd:GGG laser // Optics Express. 2010. V. 18. N 4. P. 3352-3357. https://doi.org/10.1364/OE.18.003352
7. Weber M.J., Riseberg L.A. Optical spectra of vanadium ions in yttrium aluminum garnet // Journal of Chemical Physics. 1971. V. 55. N 5. P. 2032-2038. https://doi.org/10.1063/1.1676370
8. Kim T., Lee J.-K. Template-free synthesis and characterization of spherical Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce) nanoparticles // Bulletin of the Korean Chemical Society. 2014. V. 35. N 10. P. 2917-2921. https:// doi.org/10.5012/bkcs.2014.35.10.2917
9. Sokolov I.S., Maslennikov S.Y., Evstropiev S.K., Mironov L.Y., Nikonorov N.V., Oreshkina K.V. YAG:Ce3+ phosphor nanopowders and thin textured coatings prepared by polymer-salt method // Optical Engineering. 2019. V. 58. N 2. P. 027103. https://doi.org/10.1117/1. oe.58.2.027103
10. He X., Liu X., Li R., Yang B., Yu K., Zeng M., Yu R. Effects of local structure of Ce3+ ions on luminescent properties of Y3Al5O12:Ce nanoparticles // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 22238. https://doi. org/10.1038/srep22238
11. Муссауи А., Булыга Д.В., Игнатьев А.И., Евстропьев С.К., Никоноров Н.В. Структурные и спектральные свойства нанокри-сталлических порошков АИГ:^, АИГ^ и AOT:Yb, синтезированных модифицированным методом Печини // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. № 1. С. 1-10. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2024-24-1-1-10
12. Veith M., Mathur S., Kareiva A., Jilavi M., Zimmer M., Huch V. Low temperature synthesis of nanocrystalline Y3Al5O!2 (YAG) and Ce-doped Y3Al5O12 via different sol-gel methods // Journal of Materials Chemistry. 1999. V. 9. N 12. P. 3069-3079. https://doi.org/10.1039/ A903664D
13. Bulyga D.V., Evstropiev S.K. Intermediate products of Yb:YAG laser ceramics fabrication: structural features, morphology, and luminescent properties // Research on Chemical Intermediates. 2021. V. 47. N 8. P. 3501-3514. https://doi.org/10.1007/s11164-021-04484-w
14. Ma B., Wang B., Zhang W., Wei N., Lu T., He J. Promotion of powder crystallinity and its influence on the properties of Nd:YAG transparent ceramics // Optical Materials. 2017. V. 64. P. 384-390. https://doi. org/10.1016/j.optmat.2017.01.006
15. Lukowiak A., Wiglusz R.J., Maczka M., Gluchowski P., Strek W. IR and Raman spectroscopy study of YAG nanoceramics // Chemical Physics Letters. 2010. V. 494. N 4-6. P. 279-283. https://doi. org/10.1016/j.cplett.2010.06.033
References
1. Laguta V., Buryi M., Beitlerova A., Laguta O., Nejezchleb K., Nikl M. Vanadium in yttrium aluminum garnet: charge states and localization in the lattice. Optical Materials, 2019, vol. 91, pp. 228-234. https:// doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.024
2. Kruczek M., Talik E., Kusz J., Sakowska H., Swirkowicz M., Weglarz H. Electronic structure of Y3Al50[2:V single crystals, comparison with sintered ceramics. Acta Physica Polonica A, 2009, vol. 115, no. 1, pp. 209-212. https://doi.org/10.12693/ aphyspola.115.209
3. Sulc J., Jelinkova H., Nemec M., Nejezchleb K., Skoda V. V:YAG saturable absorber for flash-lamp and diode-pumped solid state lasers. Proceedings of SPIE, 2004, vol. 5460. https://doi. org/10.1117/12.544822
4. Huang H.-T., Zhang B.-T., He J.-L., Yang J.-F., Xu J.-L., Yang X.-Q., Zuo C.-H., Zhao S. Diode-pumped passively Q-switched Nd:Gd0.5Y0.5V04 laser at 1.34 ^m with V3+:YAG as the saturable absorber. Optics Express, 2009, vol. 17, no. 9, pp. 6946-6951. https:// doi.org/10.1364/0E.17.006946
5. Mikhailov V.P., Kuleshov N.V., Zhavoronkov N.I., Prokohsin P.V., Yumashev K.V., Sandulenko V.A. Optical absorption and nonlinear transmission of tetrahedral V3+ (d2) in yttrium aluminum garnet. Optical Materials, 1993, vol. 2, no. 4, pp. 267-272. https://doi. org/10.1016/0925-3467(93)90023-T
6. Huang H.-T., He J.-L., Zhang B.-T., Yang J.-F., Xu J.-L., Zuo C.-H., Tao X.-T. V3+:YAG as the saturable absorber for a diode-pumped quasi-three-level dual-wavelength Nd:GGG laser. Optics Express, 2010, vol. 18, no. 4, pp. 3352-3357. https://doi.org/10.1364/ 0E.18.003352
7. Weber M.J., Riseberg L.A. Optical spectra of vanadium ions in yttrium aluminum garnet. Journal of Chemical Physics, 1971, vol. 55, no. 5, pp. 2032-2038. https://doi.org/10.1063/L1676370
8. Kim T., Lee J.-K. Template-free synthesis and characterization of spherical Y3Al50[2:Ce3+ (YAG:Ce) nanoparticles. Bulletin of the Korean Chemical Society, 2014, vol. 35, no. 10, pp. 2917-2921. https://doi.org/10.5012/bkcs.2014.35.10.2917
9. Sokolov I.S., Maslennikov S.Y., Evstropiev S.K., Mironov L.Y., Nikonorov N.V., Oreshkina K.V. YAG:Ce3+ phosphor nanopowders and thin textured coatings prepared by polymer-salt method. Optical Engineering, 2019, vol. 58, no. 2, pp. 027103. https://doi. org/10.1117/1.oe.58.2.027103
10. He X., Liu X., Li R., Yang B., Yu K., Zeng M., Yu R. Effects of local structure of Ce3+ ions on luminescent properties of Y3Al50[2:Ce nanoparticles. Scientific Reports, 2016, vol. 6, pp. 22238. https://doi. org/10.1038/srep22238
11. Moussaoui A., Bulyga D.V., Ignatiev A.I., Evstropiev S.K., Nikonorov N.V. Structural and spectral properties of YAG:Nd, YAG:Ce and YAG:Yb nanocrystalline powders synthesized via modified Pechini method. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2024, vol. 24, no. 1, pp. 1-10. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2024-24-1-1-10
12. Veith M., Mathur S., Kareiva A., Jilavi M., Zimmer M., Huch V. Low temperature synthesis of nanocrystalline Y3Al50[2 (YAG) and Ce-doped Y3Al50[2 via different sol-gel methods. Journal of Materials Chemistry, 1999, vol. 9, no. 12, pp. 3069-3079. https://doi. org/10.1039/A903664D
13. Bulyga D.V., Evstropiev S.K. Intermediate products of Yb:YAG laser ceramics fabrication: structural features, morphology, and luminescent properties. Research on Chemical Intermediates, 2021, vol. 47, no. 8, pp. 3501-3514. https://doi.org/10.1007/s11164-021-04484-w
14. Ma B., Wang B., Zhang W., Wei N., Lu T., He J. Promotion of powder crystallinity and its influence on the properties of Nd:YAG transparent ceramics. Optical Materials, 2017, vol. 64, pp. 384-390. https://doi. org/10.1016/j.optmat.2017.01.006
15. Lukowiak A., Wiglusz R.J., Maczka M., Gluchowski P., Strek W. IR and Raman spectroscopy study of YAG nanoceramics. Chemical
16. Tucureanu V., Matei A., Avram A.M. Synthesis and characterization of YAG:Ce phosphors for white LEDs // Opto-Electronics Review. 2015. V. 23. N 4. P. 239-251. https://doi.org/10.1515/oere-2015-0038
17. Timoshenko A.D., Doroshenko A.G., Parkhomenko S.V., Vorona I.O., Kryzhanovska O.S., Safronova N.A., Vovk O.O., Tolmachev A.V., Baumer V.N., Matolinova I., Yavetskiy R.P. Effect of the sintering temperature on microstructure and optical properties of reactive sintered YAG:Sm3+ ceramics // Optical Materials: X. 2022. V. 13. P. 100131. https://doi.org/10.1016/j.omx.2021.100131
18. Timoshenko A.D., Matvienko O.O., Doroshenko A.G., Parkhomenko S.V., Vorona I.O., Kryzhanovska O.S., Safronova N.A., Vovk O.O., Tolmachev A.V., Baumer V.N., Matolinova I., Hau S., Georghe C., Yavetskiy R.P. Highly-doped YAG:Sm3+ transparent ceramics: Effect of Sm3+ ions concentration // Ceramics International. 2023. V. 49. N 5. P. 7524-7533. https://doi.org/10.1016/j. ceramint.2022.10.257
19. Kostic S., Lazarevic Z.Z., Radojevic M., Milutinovic A., Romcevic M., Romcevic N.Z., Valcic A. Study of Structural and optical properties of YAG and Nd:YAG single crystals // Materials Research Bulletin. 2015. V. 63. P. 80-87. https://doi.org/10.1016/j. materresbull.2014.11.033
20. Shennon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallography. 1976. V. A32. P. 751-767. https://doi.org/10.1107/ s0567739476001551
21. Zhang L., Li Z., Zhen F., Wang L., Zhang Q., Sun R., Selim F.A., Wong C., Chen H. High sinterability nano-Y2O3 powders prepared via decomposition of hydroxyl-carbonate precursors for transparent ceramics // Journal of Materials Science. 2017. V. 52. N 14. P. 85568567. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1071-0
22. Gorbachenya K.N., Yasukevich A.S., Kisel V.K., Lopukhin K.V., Balashov V.V., Fedin A.V., Gerke M.N., Volkova E.A., Yapaskurt V.O., Kuzmin N.N., Ksenofontov D.A., Korost D.V., Kuleshov N.V. Synthesis and laser-related spectroscopy of Er:Y2O3 optical ceramics as a gain medium for in-band-pumped 1.6 |im lasers // Crystals. 2022. V. 12. N 4. P. 519. https://doi.org/10.3390/ cryst12040519
23. Bulyga D.V., Evstropiev S.K., Sadovnichii R.V., Khodasevich M.A. Influence of isomorphic substitution of Y3+ ions by Gd3+ ions on structural and luminescent properties of Yb:YAG nanopowders // Materials Science and Engineering: B. 2022. V. 285. P. 115980. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2022.115980
Авторы
Евстропьев Сергей Константинович — доктор химических наук, начальник отдела, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация; sc 6507317768, https:// orcid.org/0000-0002-0160-8443, [email protected] Островский Вячеслав Александрович — начальник лаборатории, АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований», Троицк, 108840, Российская Федерация, https://orcid.org/0009-0000-9114-2116, [email protected]
Макаров Константин Николаевич — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований», Троицк, 108840, Российская Федерация, sc 7006042620, https://orcid.org/0009-0004-3280-3489, [email protected]
Булыга Дмитрий Владимирович — младший научный сотрудник, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация; аспирант, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, sc 57217158694, https:// orcid.org/0000-0001-8861-2527, [email protected] Волынкин Валерий Михайлович — кандидат химических наук, старший научный сотрудник, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 6601999426, https://orcid.org/0000-0002-6325-1507, [email protected]
Physics Letters, 2010, vol. 494, no. 4-6, pp. 279-283. https://doi. org/10.1016/j.cplett.2010.06.033
16. Tucureanu V., Matei A., Avram A.M. Synthesis and characterization of YAG:Ce phosphors for white LEDs. Opto-Electronics Review, 2015, vol. 23, no. 4, pp. 239-251. https://doi.org/10.1515/oere-2015-0038
17. Timoshenko A.D., Doroshenko A.G., Parkhomenko S.V., Vorona I.O., Kryzhanovska O.S., Safronova N.A., Vovk O.O., Tolmachev A.V., Baumer V.N., Matolinova I., Yavetskiy R.P. Effect of the sintering temperature on microstructure and optical properties of reactive sintered YAG:Sm3+ ceramics. Optical Materials: X, 2022, vol. 13, pp. 100131. https://doi.org/10.1016/j.omx.2021.100131
18. Timoshenko A.D., Matvienko O.O., Doroshenko A.G., Parkhomenko S.V., Vorona I.O., Kryzhanovska O.S., Safronova N.A., Vovk O.O., Tolmachev A.V., Baumer V.N., Matolinova I., Hau S., Georghe C., Yavetskiy R.P. Highly-doped YAG:Sm3+ transparent ceramics: Effect of Sm3+ ions concentration. Ceramics International, 2023, vol. 49, no. 5, pp. 7524-7533. https://doi.org/10.1016/j. ceramint.2022.10.257
19. Kostic S., Lazarevic Z.Z., Radojevic M., Milutinovic A., Romcevic M., Romcevic N.Z., Valcic A. Study of Structural and optical properties of YAG and Nd:YAG single crystals. Materials Research Bulletin, 2015, vol. 63, pp. 80-87. https://doi.org/10.1016/j. materresbull.2014.11.033
20. Shennon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallography, 1976, vol. A32, pp. 751-767. https://doi. org/10.1107/s0567739476001551
21. Zhang L., Li Z., Zhen F., Wang L., Zhang Q., Sun R., Selim F.A., Wong C., Chen H. High sinterability nano-Y2O3 powders prepared via decomposition of hydroxyl-carbonate precursors for transparent ceramics. Journal of Materials Science, 2017, vol. 52, no. 14, pp. 8556-8567. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1071-0
22. Gorbachenya K.N., Yasukevich A.S., Kisel V.K., Lopukhin K.V., Balashov V.V., Fedin A.V., Gerke M.N., Volkova E.A., Yapaskurt V.O., Kuzmin N.N., Ksenofontov D.A., Korost D.V., Kuleshov N.V. Synthesis and laser-related spectroscopy of Er^O3 optical ceramics as a gain medium for in-band-pumped 1.6 ^m lasers. Crystals, 2022, vol. 12, no. 4, pp. 519. https://doi.org/10.3390/ cryst12040519
23. Bulyga D.V., Evstropiev S.K., Sadovnichii R.V., Khodasevich M.A. Influence of isomorphic substitution of Y3+ ions by Gd3+ ions on structural and luminescent properties of Yb:YAG nanopowders. Materials Science and Engineering: B, 2022, vol. 285, pp. 115980. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2022.115980
Authors
Sergey K. Evstropiev — D.Sc. (Chemistry), Head of Department, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation; sc 6507317768, https://orcid.org/0000-0002-0160-8443, [email protected]
Vyacheslav A. Ostrovskii — Head of Laboratory, AO "GNTs RF TRINITI", Troitsk, 108840, Russian Federation, https://orcid.org/0009-0000-9114-2116, [email protected]
Konstantin N. Makarov — PhD (Physics & Mathematics), Leading Researcher, AO "GNTs RF TRINITI", Troitsk, 108840, Russian Federation, sc 7006042620, https://orcid.org/0009-0004-3280-3489, [email protected]
Dmitry V. Bulyga — Junior Researcher, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 57217158694, https://orcid.org/0000-0001-8861-2527, dmbulyga@ yandex.ru
Valery M. Volynkin — PhD (Chemistry), Senior Researcher, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 6601999426, https://orcid.org/0000-0002-6325-1507, [email protected]
Сандуленко Александр Витальевич — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 6602795614, https://orcid.org/0000-0002-4688-4767, [email protected] Дукельский Константин Владимирович — доктор технических наук, доцент, заместитель генерального директора, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 6602633236, https://orcid.org/0000-0002-1627-7499, [email protected] Полищук Григорий Сергеевич — кандидат технических наук, временный генеральный директор, АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург, 192171, Российская Федерация, sc 25926044900, https://orcid.org/0009-0005-9358-6040, [email protected]
Alexander V. Sandulenko — PhD (Physics & Mathematics), Leading Researcher, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 6602795614, https:// orcid.org/0000-0002-4688-4767, [email protected] Konstantin V. Dukelskii — D.Sc., Associate Professor, Deputy General Director, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 6602633236, https://orcid. org/0000-0002-1627-7499, [email protected]
Grigoriy S. Polishchuk — PhD, Acting General Director, JSC "Research and Production Corporation S.I. Vavilova", Saint Petersburg, 192171, Russian Federation, sc 25926044900, https://orcid.org/0009-0005-9358-6040, [email protected]
Статья поступила в редакцию 01.04.2024 Одобрена после рецензирования 24.04.2024 Принята к печати 26.05.2024
Received 01.04.2024
Approved after reviewing 24.04.2024
Accepted 26.05.2024
Работа доступна по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial»
