Hidrotermal Yöntemle Hazırlanan SrZnMgSi 2 O 7 :Mn Işıldarının Termolüminesans Özellikleri

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Hidrotermal Yöntemle Hazırlanan SrZnMgSi 2 O 7 :Mn Işıldarının Termolüminesans Özellikleri"

Canan Köksal
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Hidrotermal Yöntemle Hazırlanan SrZnMgSi 2 O 7 :Mn Işıldarının ermolüminesans Özellikleri F.M. EMEN, A. EGE, E. EKDAL, S. SÖNMEZ, R. ALINKAYA, L.ÜRKLER, N. KÜLCÜ a Kırklareli Üniversitesi, Fen-Edeiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, KIRKLARELİ Celal Bayar Üniversitesi, Fen-Edeiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, MANİSA c Ege Üniversitesi, Nükleer Bilimler Enstitüsü, İZMİR d Mersin Üniversitesi, Fen-Edeiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, MERSİN e Ege Üniversitesi,Bergama Meslek Yüksekokulu,İZMİR E-posta: arzu_aegean@hotmail.com

2 Işıldar maddeler, günlük yaşamda aydınlatma amacıyla {düşük ve yüksek asınçlı civa lamaları, UV lamaları, yüksek voltajlı ilan panelleri}; X-ışınları uygulamarında {floroskopik ekranlar, yoğunlaştırıcı ekranlar, hafıza panelleri, görüntü yoğunlaştırıcılar, ilgisayarlı tomografiler}; katot ışını tüplerinde {V ve monitör tüpleri, osilloskop ekranları, radar tüpleri, optoelektronik görüntü dönüştürücüleri}; ürün kodlama; güvenlik ve uyarı sistemleri; dişçilik; sintilason dedektörü ve dozimetreler gii çok değişik alanlarda kullanıma sahiptirler.

3 Silikat azlı ışıldarlar Lüminesans maddeleri olarak u ileşikler kararlılıkları, görünür ölgede ışıma yapmaları ve kolay hazırlanailmeleri nedeniyle yoğun ir şekilde araştırılmaktadır.

4 Bu çalışmada, Hidrotermal Yöntemle hazırlanmış SrZnMgSi 2 O 7 :Mn ışıldarı sentezlenmiş ve termolüminesans yöntemiyle incelenmiştir.

5 SrZnMgSi 2 O 7 malzemesi Mn ile katkılandırılmıştır. Kristallerde Mn 2+ nin (3d 5 ) çoklu enerjileri evsahii kristal ile kovalent etkileşimlere veya kristal alana ağlıdır. etrahedral koordinasyonda Mn 2+ iyonu yeşil ışıma yaparken oktahedral koordinasyonda turuncu-kırmızı ışıma yapar. Farklı matrikslerde, nadir toprak iyonları veya diğer geçiş metali iyonları ile irlikte katkılandıklarında farklı ışıma renkleri vermesi nedeniyle Mn 2+ iyonları önemlidir.

6 Sentez Aşaması Uygun stokiyometride hazırlanmış Sr(NO 3 ) 2, Zn(NO 3 ) 2 ve Mg(NO 3 ) 2 6H 2 O çözeltileri üzerine (1/1) H 2 O/HNO 3 karışımında çözünmüş Mn(NO 3 ) 2 ve Na 2 SiO 3 9H 2 O çözeltileri eklendikten sonra karışım hidrotermal üniteye alınmıştır. Hidrotermal ünitede ilk önce 90 C de 12 saat daha sonra 220 C de 2 gün ekletilmiştir. Oda sıcaklığına soğutulan eyaz toz ürün su ve etanolle defalarca yıkanarak etüvde kurutulmuş ve 950 C de 6 saat fırınlanmıştır.

7 Karakterizasyon Çalışmaları X-Işını toz kırınımı (XRD) desenleri, oda sıcaklığında Bruker AXS cihazı ile (Cu K 1 = o ) ölçülmüştür. Fotolüminesans spektrumları Varian Cary Eclipse Fotolüminesans spektrometresi ile ölçülmüştür.

8 ermolüminesans (L) ışıma eğrileri, Harshaw 3500 LD Okuyucu ile 5 o C/s lineer ısıtma hızı kullanılarak C arasında alınmıştır. Işıldarlar, L ölçümleri öncesi oda sıcaklığında yaklaşık 10 dk 90 Sr/ 90 Y β kaynağına maruz ırakılmışlardır. Kaydedilen L ışıma eğrileri Üç nokta metodu ve Bilgisayarlı Işıma Eğrisi Ayrıştırma (Computer Glow Curve Deconvolution (CGCD)) Metodu ile analiz edilmiştir.

9 XRD ÇALIŞMALARI

10 Hazırlanan ileşiğin faz saflığı ve karakterizasyonu XRD toz deseni ile incelenmiş ve WinxPow paket programı kullanılarak tüm pikler indislenmiştir.

11 Kristal sistemi: ortoromik Hücre parametreleri: a= Å, = Å c= Å. Şekil 1. SrMgZnSi 2 O 7 :Mn 2+ ışıldarının XRD toz deseni

12 FOOLÜMİNESANS ÇALIŞMALARI

13 Uyarılma ve ışıma karakteristikleri fotolüminesans yöntemiyle incelenmiştir. 230 nm ile uyarılan malzemenin ışıma spektrumunda nm aralığında şiddetli yayvan ir ışıma andı gözlenmektedir. Bu ışıma andı Mn 2+ iyonlarının karakteristik ışımasına karşılık gelmektedir. Mn 2+ iyonları nm de ışıma andı vermektedir. Bu and Mn 2+ nin 4 1g (G)- 6 A 1g (S) geçişine karşılık gelmektedir.

14 Siddet (a.u.) 312 nm Mn 2+ ( 6 A 1g (S)- 4 A 1g (F)) nm Uyarma Spektrumu Isima Spektrumu nm nm Mn 2+ ( 4 1g (G)- 6 A 1g (S)) Dalgaoyu (nm) SrZnMgSi 2 O 7 :Mn 2+ ışıldarının uyarma ve ışıma spektrumları

15 SrZnMgSi 2 O 7 :Mn 2+ ışıldarının uyarma spektrumunda 230 nm de gözlenen yayvan and evsahii kristalin asorpsiyonunu göstermektedir. 312 nm de gözlenen uyarma andı ise, Mn 2+ iyonunun 6 A 1g (S)- 4 A 1g (F) geçişine karşılık gelmektedir. SrZnMgSi 2 O 7 :Mn 2+ ışıldarının ışıma spektrumunda nm aralığında yayvan ir ışıma andı görülmektedir. Evsahii kristalin ve Mn 2+ iyonlarının 523 ve 550 nm deki ışıma andları üst üste çakışmaktadır. 550 nm de görülen ışıma andı, Mn 2+ iyonlarının 4 1g (G)- 6 A 1g (S) geçişlerinden kaynaklanmaktadır.

16 ERMOLÜMİNESANS ÇALIŞMALARI

17 ermolüminesans ölçümleri için ışıldar oda sıcaklığında 10 dk 90 Sr/ 90 Y β kaynağına maruz ırakılmıştır. Işınlanmış olan u fosfor ekletme yapmadan L okuyucuya yerleştirilmiş ve 5 C/s ısıtma hızı kullanılarak C arasındaki ışıma eğrisi kaydedilmiştir.

18 L Şiddeti Sıcaklık ( C)

19 Üç Nokta Metodu

20 Bu teknikle elirleneilecek tuzak parametreleri; E (ev) : aktivasyon enerjisi S (s -1 ) : frekans faktörü : kinetik derece Yöntemin u karakteristiği, L ışıma eğrisinin içinde üst üste inmiş piklerin, iririnden ağımsız ir içimde tuzak parametrelerinin elirlenmesini mümkün kılar.

21 L ışıma eğrisinden alınan üç nokta seti yardımıyla kinetik derece yi elirlemek için genel ir formül geliştirilmiştir.

22 Genel-derece kinetiklerde, ir malzemenin L ışıma şiddeti aşağıdaki denklem ile verilir ve irinci ve ikinci derece kinetikleri tanımlayan ağıntılardan çok daha genel ir denklemdir. I dn dt n N S exp I : L ışıma şiddeti (irimsiz). 1 E k n : t (s) anında tuzaklanmış elektron konsantrasyonu (cm -3 ). N : tuzak konsantrasyonu (cm -3 ). k : Boltzman saiti (Ev/K).

23 Genel mertee denkleminin 1 için çözümü, I 1 1 n 0 S S / exp E 0 exp k E k d 1 n 0 : liner ısıtma hızıdır (Ks -1 ) : sıcaklığında dolu tuzakların sayısıdır (cm 0-3 ). S : Frekans faktördür (s -1 ) ve S S n 0 N 1 ile tanımlanmış, örnek tarafından soğurulan doz ile değişim göstermektedir.

25 I x L şiddetine karşılık gelen x değerini göz önüne alındığında, Genel derece denklemi, I x A N x 1 S exp E k x Biçimini alacaktır.

26 y I I x y z I I x z ve z z x z y y x y k E S N A z I I k E S N A y I I exp exp 1 1 I x ışıma şiddetinin 1/y ve 1/z çarpımlarının sırasıyla I y ve I z ile çarpımlarına eşit olduğunu varsayarak,

27 l ve m denklemlerinin irleştirilmesiyle, y x y x y x k A A y E ln ln l ve n denklemlerinin irleştirilmesi ile de, z x z x z x k A A z E ln ln o ve p denkleminin iririne eşitlenmesi ile kinetik derece () tayin edilir. z x y x z y x z x y y x z z x y A A A A z y ln ln ln ln kinetik derece elirlendikten sonra denklem o ya da p de yerine konularak aktivasyon enerjisi E(eV) ulunailir.

28 frekans faktörü S (s -1 ) genel derece denkleminden yararlanılarak ulunailir, S k 2 m E exp 1 E E / k m exp E k m Burada m (K), ışıma pikinin maksimumun ışıma şiddeti olan I m sıcaklıktır. ye karşılık gelen i m exp E k d

29 Denklem run denklem k de yerine konulmasıyla, maksimum ışıma şiddeti için, I m k 2 m S n 0 S exp E exp E E k m k m 1 Buradan n 0, n 0 I m exp E S k m E 2 km S exp E k m 1 Bu denklemde,e,s ve daha önceki denklemler yardımıyla ilinmektedir. I m ve m değerleri de ışıma pikinin şeklinden elde edilerek denklemde yerine konmasıyla n 0 ulunailir.

30 L Şiddeti Deneysel L oplam Pik Pik 1 Pik 2 Pik Sıcaklık ( C)

31 uzak Parametreleri m ( C) E S n 0 Pik , , ,81E+15 1,92E+15 Pik 2 111,12 2,0227 1, ,46E+18 1,69E+15 Pik 3 192,72 1,8544 0, ,32E+17 2,89E+13

32 Bilgisayarla Işıma Eğrisi Ayrıştırma Metodu (CGCD)

33 L Şiddeti Sıcaklık ( C)

34 L Şiddeti Pik 1 Pik 2 Pik 3 Deneysel oplam Sıcaklık (K)

35 uzak Parametreleri I m m (K) E (ev) S (s -1 ) Pik ,649 0,9153 1,0798 1,20E+12 Pik ,868 1,5572 1,9407 8,92E+19 Pik ,81 0,8173 2,0232 1,24E+08 FOM=2.34

36 SONUÇ Sentezlenen ışıldarların ermolüminesans özellikleri incelenmiş ve tuzak enerjisi (E), frekans faktörü (s) ve kinetik derece () üç nokta metodu ve Bilgisayarlı Işıma Eğrisi Ayrıştırma Metodu ile elirlenmiştir.

37 Kaynaklar: 1. J. Kuang, Y.Liu, B. Lei, Journal of Luminescence, 118, 33-38, McKeever S W S 1985 hermoluminescence of Solids(Camridge: Camridge University Press), M.S. Rasheedy, A new evalution technique for analyzing the thermoluminescence glow curve and calculating the trap parameters, hermochimica Acta 429, , 2005.

38 eşekkürler

Benzer belgeler

Işıldar malzemeler günlük yaşamda aydınlatma ve monitör tüpleri, tıpta tomografi cihazları, dişçilik, güvenlik ve uyarı sistemleri ve dozimetreler

Işıldar malzemeler günlük yaşamda aydınlatma ve monitör tüpleri, tıpta tomografi cihazları, dişçilik, güvenlik ve uyarı sistemleri ve dozimetreler Işıldar malemeler günlük aşamda adınlatma ve monitör tüpleri, tıpta tomografi cihaları, dişçilik, güvenlik ve uarı sistemleri ve doimetreler gibi oldukça geniş ugulama alanlarına sahiptir. Işıldarların