وبثبات الكيميائية والتلألؤ ممتازة من الفسفور (أوكسي) نيتريد تقدم على أنها بديل واعد لالمستخدمة حاليا كبريتيد وأكسيد الفسفور. في هذه الورقة، نقدم طريقة لتحقيق خصائصه التلألؤ المحلية باستخدام cathodoluminescence منخفضة الطاقة (CL).
نيتريد وoxynitride (Sialon) فوسفورات مرشحون جيد للأشعة فوق البنفسجية والتطبيقات الانبعاثات مرئية. عالية الأداء، والاستقرار جيدة والمرونة من خصائص الانبعاثات يمكن أن يتحقق من خلال التحكم في تكوينها ومواد إشابة. ومع ذلك، هناك الكثير من العمل ما زال مطلوبا لتحسين خواصها ولخفض تكلفة الإنتاج. نهج ممكن هو ربط خصائص التلألؤ من الجسيمات Sialon مع البيئة الهيكلية والكيميائية المحلية من أجل تحسين صفات النمو وإيجاد الفسفور جديدة. لهذا الغرض، وcathodoluminescence ذات الجهد المنخفض (CL) المجهري هو أسلوب قوية. استخدام الإلكترونات كمصدر الإثارة يسمح اكتشاف معظم المراكز التلألؤ، وكشف عن توزيع التلألؤ على مكانيا وفي العمق، مقارنة مباشرة النتائج CL مع التقنيات الأخرى التي تعتمد على الإلكترون، وتحقق استقرار خصائص التلألؤ في ظل الواحدريس. وسيتم إبراز هذه المزايا لتوصيف الفسفوري من خلال أمثلة من التحقيق في العديد من الفسفور Sialon التي كتبها منخفضة الطاقة CL.
في الآونة الأخيرة، ويكرس المزيد والمزيد من الاهتمام للقضايا البيئية، وبخاصة إنتاج الطاقة واستهلاكها. للإجابة على هذه الاحتياجات المجتمع، ويجب أن يكون إنتاج الطاقة "أكثر اخضرارا" وهذا يعني، والحد من استهلاك الطاقة من المصادر التقليدية أو تطوير مواد جديدة صديقة للبيئة. قد حصلت على الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح) ويعرض الانبعاثات الميدان (البنك الفدرالي الأمريكي) اهتماما كبيرا نظرا لالاكتناز، وتحسين الأداء، وانخفاض استهلاك الطاقة مقارنة مع شاشات العرض الفعلية، مثل الزئبق الغاز تصريف الإضاءة الفلورسنت أو شاشات البلازما 1-5. العامل الرئيسي لمصدر ضوء LED وFED هو الفوسفور عالية الكفاءة. الأرضية النادرة الفسفور مخدر هي مواد غير عضوية تتكون من شعرية المضيفة ومواد إشابة الأرضية النادرة، والتي يمكن أن تنبعث من الضوء تحت الإثارة من الفوتونات (الأشعة فوق البنفسجية (UV)، الضوء الأزرق) والإلكترونات (شعاع الإلكترون) أو الحقل الكهربائي. متطلبات الفسفورات عالية الكفاءة هي: 1) CONVER عاليةكفاءة سيون مع مصادر الإثارة مختلفة؛ 2) الاستقرار جيدة مع تبريد الحراري المنخفض. 3) عالية النقاء اللون مع كامل لون التكاثر. ومع ذلك، سوى عدد محدود جدا من الفسفور يمكن أن تلبي في الوقت الحاضر الحد الأدنى من المتطلبات. حاليا تستخدم الفسفور القائم على أكسيد لها امتصاص منخفضة في الطيف المرئي للضوء، في حين أن تلك القائمة على كبريتيد لها بثبات الحرارية المنخفضة الكيميائية و. وعلاوة على ذلك، فإنها تظهر تدهور تحت الإلكترونات أو الجو المحيط، الأمر الذي يحد من عمر الجهاز. منذ نقاء اللون وكفاءة محدودة، فإنه يجعل من الصعب استخدامها لتحقيق ملونة عالية أجهزة الانارة جعل مؤشر (CRI). ونتيجة لذلك، لا بد من استكشاف الفسفور جديدة.
تعتبر الأرضية النادرة مخدر نيتريد وoxynitride (Sialon) فوسفورات كمرشحين جيد مع الاستقرار الحرارية والكيميائية المتميز على أساس مستقرة هياكل الرابطة الكيميائية. التحول ستوكس يصبح أصغر في لوس انجليس قويttice وأنه يؤدي إلى كفاءة تحويل عالية والتبريد الحراري صغيرة من الفسفور 6-9. بشكل عام، ويعزى التلألؤ من أيونات الأرضية النادرة ثنائي التكافؤ، مثل الاتحاد الأوروبي 2+ أو الإيتيربيوم 2+، وسي 3+ إلى التحولات الإلكترونية 5D-4F، ويتكون من شريحة واسعة مع موقف ذروة متفاوتة مع شعرية المضيفة بسبب إلى التفاعل القوي بين المدارات 5D ومجال وضوح الشمس. نظرا لخصائصها، ويتم الحصول على الطول الموجي الانضباطي التلألؤ عن طريق تغيير الطبيعة الكيميائية للأيونات الأرضية النادرة وتركزها في شعرية المضيف (الشكل 1). وهكذا، الفسفور Sialon يمكن استخدامها لتحقيق CRI عالية بيضاء الصمام باستخدام نظام الفسفوري الأزرق والأخضر والأحمر والتطبيقات في الأشعة فوق البنفسجية البنك الفدرالي الأمريكي.
على الرغم من أن الفسفور Sialon هي مواد واعدة، والكثير من العمل مثل إيجاد هياكل جديدة وخفض تكلفة الإنتاج لا تزال هناك حاجة. وعلاوة على ذلك، نظرا للصعوبات من حيث تعظيم الاستفادة من الخطيئةشروط tering، الفسفور Sialon غالبا ما تحتوي على مراحل الثانوية 18-20. التحقيق في مثل هذه الهياكل محلية مهم لفهم آلية تلبد وتحسين الظروف تلبد، وذلك لتحسين الخصائص البصرية من الفسفور Sialon. هذه الأهداف يمكن تحقيقها عن طريق cathodoluminescence منخفضة الطاقة (CL) تقنية.
CL هو ظاهرة في الالكترونات التي اضاءة على مادة الانارة تتسبب في انبعاث الفوتونات. وخلافا لمعان ضوئي (PL)، التي يسببها فوتون، ومنطقة الإثارة عادة في ترتيب ملليمتر والإثارات انتقائية تعزيز عمليات انبعاث معينة، يثير شعاع الإلكترون في مقياس متناهي الصغر وينشط جميع الآليات التألق الحالية في المواد ، والتي قد تسمح للكشف عن المراحل المختلفة مع مختلف خصائص التلألؤ 10-12. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للإلكترونات الحادث تولد ليس فقط إشارة CLولكن أيضا إشارات مختلفة، مثل الإلكترون ينعكس، أوجيه أو الأشعة السينية، والتي توفر معلومات مختلفة على المواد. وهكذا، يمكن أيضا الحصول على الخصائص الكهربائية الهيكلية والكيميائية و. الجمع بين هذه التقنيات مع نتائج CL في فهم أفضل لأصل الهياكل المترجمة من الفسفور Sialon 14-20.
التحقيقات CL لا يمكن أن يؤديها من خلال أنواع مختلفة من مصادر شعاع الإلكترون 13. في الوقت الحاضر، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) هو النظام الأكثر شيوعا لإجراء قياسات CL. في ما يلي، ونحن نذهب لمناقشة أساسا هذا النظام. كما رأينا في الشكل. 2، يتم تنفيذ القياسات CL باستخدام مصدر الإلكترون (SEM)، جامع الفاتح (الألياف الضوئية ومستوحد اللون) ونظام الكشف. ويتكون نظام الكشف عن الجهاز المسؤول عن جانب (CCD) وأنبوب مضخم (PMT)، والتي هي لوضع كشف مواز وطريقة الكشف عن المسلسل، على التوالي.بشكل عام، يتم ضبط الضوء التي تم جمعها من عينة عن طريق شق ثم فرقت صريف مستوحد اللون. عندما فرقت ضوء جمعها من العينة على اتفاقية مكافحة التصحر (وضع الكشف الموازية)، تم الكشف عن كل الطول الموجي الانبعاثات في وقت واحد. عند تحديد طول موجي محدد من الضوء تفرقهم شق (وضع الكشف عن المسلسل)، يتم تسجيل شدة من قبل PMT لتشكيل الصور أحادية اللون.
في هذه الورقة، ونحن أساسا تسليط الضوء على استخدام CL المنخفض للطاقة لتوصيف الفسفورات Sialon، تمثيلي، سي مخدر ن. 14، 22، مخدر كاليفورنيا (لوس انجليس، م) شركة (سي 6 زي آل ض) ( N 10-Z يا ض) (ض ~ 1) (حركة العدل والمساواة) 15، سي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن. 16 و 17 و سي مخدر لا 5 سي 3 O 12 N المواد. عبر طريقة تلميع قطاعات باستخدام شعاع الأرجون أيون (طريقة CP) هو وسيلة مفيدة لمراقبة الهياكل الطبقات، وذلك بسبب مساحتها أوسع تلميع مع أقل الأضرار السطحية. هذاوقد تم تنفيذ لإجراء تحقيق في هيكل محلي من الفسفور. سيتم توضيح أيضا ارتباط CL مع التقنيات المعتمدة الإلكترون الأخرى وتحقيق الاستقرار التلألؤ.
من خلال هذه الأمثلة النموذجية على CL توصيف منخفضة الطاقة على الفسفور Sialon، لقد أظهرنا كيف تقنية قوية وسريعة لتحقيق الفسفور يمكن أن يكون. عن طريق قياس القياسات CL ورسم الخرائط المحلية، والاستفادة من المرونة في إعداد العينات والجمع CL مع تقنيات أخرى، يمكننا أن نعزو بدقة أكبر أصول التلألؤ، وتوضيح آليات النمو وتحديد الفسفور أكثر ملائمة للتطبيقات. هذه النتائج قابلة للتحقيق ويرجع ذلك أساسا إلى إدخال تحسينات على المجاهر الإلكترونية وكاشفات ضوئية، مما يعزز وقت جمع القياس، وحساسية ودقة مكانية.
كلا الفسفور Sialon والحقول CL لا تقتصر بطبيعة الحال على الجوانب الواردة في هذه الورقة. في ما يلي، من أجل توسيع النقاش، ونحن نذهب لمناقشة أكثر قليلا حول كل منها على حدة.
في حالة سالفسفور و Sialon، مع متفوقة التلألؤ والاستقرار ممتلكاتهم، ويجري أكثر وأكثر استخداما لتطبيقات الإضاءة. ومع ذلك، فإنها أيضا عرض مثيرة جدا للاهتمام الميكانيكية والحرارية، والمغناطيسية، الموصلية الفائقة الأدوات الكهربائية والإلكترونية، والخصائص البصرية، والتي يمكن ضبطها عن طريق تغيير تركيبتها. وبالتالي، فهي موجودة أيضا في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل الطلاء antireflection، وامتصاص الطاقة الشمسية، والمرايا الحرارة، أصباغ ملونة، يحركها الضوء المرئي photocatalysts، نوافذ شفافة والدروع، أو تحقيقات الفلورسنت للتصوير الطبية الحيوية 29. يمكننا أن نتوقع أنهم ذاهبون للعب أدوار حاسمة في كثير من جوانب الطاقة والمتصلة بالبيئة، مثل حصاد بكفاءة الطاقة الشمسية، وتحقيق اقتصاد الهيدروجين، والحد من التلوث البيئي، وتوفير موارد الطبيعية، وما إلى ذلك، هناك الكثير من العمل لا تزال هناك حاجة إلى مواصلة تحسين خواصها وتخفيض تكلفة إنتاجها، مثل decreasing درجة الحرارة تلبد أو الحد من استخدام أيونات الأرضية النادرة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال إيجاد الفسفور Sialon جديدة، وتوضيح دور الظروف التكوين والنمو على الخصائص. ولقد رأينا أن CL يمكن أن تلعب دورا هاما في تحقيق هذه الأهداف. ولكن، قد كشفت عن أساليب جديدة الأخيرة أيضا احتمالات واعدة جدا. اثنان من هذه الطرق هي الوقت من الطيران أيون الثانوية الطيف الكتلي (TOF-سيمز) وجسيم واحد التشخيص. TOF-سيمز غير قادرة على حل مكانيا الطيف الكتلي كامل مع ذات حساسية عالية، والتي تمكن ليس فقط الكشف عن الأنواع المعرضة للمستوى التتبع ولكن أيضا الاختلافات في حالة الأكسدة 31. يتكون التشخيص جسيم واحد في العلاج من الجسيمات الانارة الفردية في خليط معقد كما الكريستال واحد صغير، وللتحقيق في الخصائص البصرية والهيكلية عن طريق فائقة الدقة واحدة من الكريستال حيود الأشعة السينية ومضان جسيم واحد 31.
<pالطبقة = "jove_content"> أما بالنسبة CL توصيف منخفضة الطاقة، في هذه الورقة، وركزنا بشكل أساسي على استخدام CL لفوسفورات Sialon، في حين CL يمكن أن تستخدم أيضا لمواد أخرى، مثل أشباه الموصلات والنانو والمواد العضوية، والسيراميك. من ناحية أخرى، على الرغم من CL هو أسلوب لا تقدر بثمن لتوصيف نوعية المواد الضوئية، فإنه يدفع أيضا بعض التحذيرات لقياس الكمي. في الواقع، تعتمد النتائج CL ليس فقط على الطاقة الظروف الإثارة، شعاع الحالية والإلكترون، ولكن أيضا على كمية من المواد التحقيق 25. وبالتالي، اختلاف ضئيل من هذه المعايير قد تتغير بشكل كبير من شدة CL. وبالإضافة إلى ذلك، شعاع الإلكترون تشعيع قد يزيد من إمكانية تلف العينات. فقد تحدث تغييرا جذريا في شدة، أو حث على إنشاء / تفعيل مراكز التلألؤ الجديدة، والتي قد تؤثر على مصداقية القياسات CL الكمية. تطوير CL في المواد تشاكان racterization وسوف تكون ذات صلة بقوة إلى التحسينات في المجهر الإلكترون الحزم وكاشفات ضوئية. وبالتالي، فمن الممكن الآن لأداء تيم. انها تسمح ارتفاع القرار المكانية والملاحظة المباشرة للتغيير التلألؤ في الموقع ملاحظة تغيير التلألؤ ترافق مع تغيير المجهرية الناتجة عن شعاع الإلكترون التشريد الذري الناجم، على سبيل المثال 32-34. وعلاوة على ذلك، مع إضافة شعاع فتورا في العمود متزامنة مع كاشف الضوئي، وهي متوفرة الآن لاستخدام شعاع الإلكترون في وضع النبض، والذي يتيح تنفيذ القياسات الشخصي تسوس إلى مجهر الكتروني 35. أنه قد يظن أيضا أن استخدام نابض تشعيع شعاع الإلكترون قد يقلل من شعاع الإلكترون الناجم عن الأضرار، التي من شأنها تحسين موثوقية القياسات الكمية والمساعدة في توصيف المواد الحساسة شعاع الإلكترون. هذه الأمثلة توضح كيف 2 تحليل CL قد تتحسن في المستقبل. </ P>The authors have nothing to disclose.
This work was supported in part by Green Network of Excellence (GRENE) project from the Ministry of Education, Culture, Sport, and Technology (MEXT) in Japan. The authors are also grateful to the technicians of the Sialon Unit for their help in the phosphors synthesis, to MANA for its help in EDS measurements and to K. Nakagawa for the help in the CL system.
SEM | Hitachi | S4300 | |
Triple-grating monochromator | Horiba Jobin-Yvon | Triax 320 | |
Photomultiplier | Hamamatsu | R943-02 | |
Charge-coupled device with 2048 channels | Horiba Jobin-Yvon | Spectrum One | |
Gas-pressure sintering furnace with a graphite heater | Fujidempa Kogyo Co. Ltd. | FVPHR-R-10, FRET-40 | |
Silicone mold | LADD | 21780 | |
Ar-ion cross-section polisher | JEOL | SM-09010 | |
EDS | BRUKER | Xflash6/100 | |
Resins | JEOL | Part No 780028520 |