Investigations on spectroscopic pro

Investigations on spectroscopic properties of Pr3+ and Nd3+doped zinc-alumino-sodium-phosphate (ZANP) glasses
Abstract
Zinc-alumino-sodium-phosphate (ZANP) glasses doped with rare earth metal ions (Nd3+and Pr3+) with different concentrations (0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 mol%) were prepared by melt quenching technique. X-ray diffraction, SEM with EDS, Raman spectra, FTIR-spectra, DTA, absorption and luminescence spectra were recorded at room temperature for all the glass matrices and analyzed. X-ray diffraction profiles and SEM images confirmed the amorphous nature of the glass samples. The EDS spectrum of doped and undoped glasses reveals the chemical composition present in them. Structural information of these glass matrices was provided by FTIR and Raman spectra. From DTA analysis, the glass transition temperature (Tg) and crystallization temperature (Tc) were determined. From the absorption spectra, the Judd–Ofelt (J–O) parameters, Ωλ(λ = 2, 4 and 6) and other radiative properties like transition probabilities (AR), radiative lifetimes (τR) and branching ratios (βR) were evaluated. Branching ratios and stimulated emission cross-sections show that 4F3/2 → 4I11/2 transition of Nd3+ ion and 3P0 → 3H4transition of Pr3+ ion of the glasses under investigation have strong emission at 1060 and 490 nm respectively. The results obtained were compared with reports on similar glasses.
Experimental
2.1. Manufacture and measurements of glasses
The glass samples synthesized in the present work have the compositions (50 − x)P2O5–20Na2HPO4–10ZnO–10AlF3–10NaF–xLn (where Ln = Pr2(CO3)3•8H2O and Nd2O3;x = 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 mol%). These samples here after are represented as Nd3+ and Pr3+ doped zinc-alumino-sodium-phosphate (ZANP) glasses. These glass samples were prepared by the standard melt quenching technique [19]. Nd3+ doped glasses are represented as ZANPNd05, ZANPNd10, ZANPNd15, ZANPNd20, ZANPNd25 and for Pr3+ doped glasses are represented as ZANPPr05, ZANPPr10, ZANPPr15, ZANPPr20, ZANPPr25 for 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 mol% concentrations respectively. The glass samples were prepared by using high purity analar grade chemicals such as NH4H2PO4, Na2HPO4, ZnO, AlF3, NaF, Pr2(CO3)3•8H2O and Nd2O3as starting materials. For each batch, about 10 g of raw materials were weighed and mixed well in an agate mortar. The powder was placed in an electric furnace and melted nearly at a temperature range of 900–1050 °C for 1 h in a porcelain crucible. The melt was then quenched between two well polished preheated brass plates and the samples were annealed at 400 °C for 4 h in order to remove mechanical stress. The average thickness of glass samples is 0.2 cm and diameter is 1 cm. The optical quality of all the samples was checked with a microscope and bubble free samples were taken for optical measurements. The densities (ρ) were measured at room temperature using Archimedes principle with xylene as immersion liquid. These values are in the range 3.714–5.360 g/cm3 for Nd3+ and 4.343–5.685 g/cm3 for Pr3+ doped glasses for different concentrations. The refractive indices were measured using Abbe refractometer with sodium vapor lamp (589.3 nm) using 1-monobromonaphthalene as contact liquid. For all Nd3+ doped glass samples the refractive index is 1.651 and for Pr3+ doped glasses the refractive index range is 1.651–1.652. The rare earth ion concentrations and other physical parameters were determined from the starting batch compositions and densities of the glass samples. Powder XRD patterns were obtained using INEL C120 diffractometer employing Co Kα radiation. SEM images and EDS spectra were recorded using Carl Zeiss EVO-MA15 scanning electron microscope. Raman spectra were recorded using Lab Ram HR-800 with 514 nm Ar3+ laser as an excitation source. FTIR spectra were obtained from Bruker Vertex-80 FTIR spectrophotometer in the spectral region 500–4000 cm−1. For DTA study TA-Q20-2047 Differential Scanning Calorimeter in nitrogen purge in the temperature range 30–900 °C with an increasing rate of 10 °C /min is used. The optical absorption spectra of Nd3+ and Pr3+ doped glasses were recorded using JASCO UV–Vis–NIR spectrophotometer (Model V-570) in the range 300–900 nm and 400–1650 nm respectively. The NIR luminescence spectra of Nd3+doped glasses were recorded using TRIX 550 monochromator with liquid nitrogen cooled under excitation wavelength, 514.5 nm of Ar3+. Visible luminescence spectra of Pr3+doped glasses were recorded using JOBIN YVON Florolog-3 fluorimeter using xenon flash lamp. All these spectral measurements were recorded at room temperature only.
3. Results and discussion
3.1. X-ray diffraction, SEM and EDS analysis
The XRD spectra of Nd3+ and Pr3+ doped ZANP glass matrices were recorded and they exhibit a broad diffuse scattering at small angles instead of crystalline peaks, confirming a long range structural disorder characteristic of amorphous network and thus glassy state was confirmed. SEM images of 1.0 m

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การสืบสวนเกี่ยวกับคุณสมบัติสเปกโทรสโกของ Pr3 + และ Nd3 + เจือสังกะสี alumino โซเดียมฟอสเฟต (ZANP)
แว่นตาบทคัดย่อสังกะสี
alumino โซเดียมฟอสเฟต (ZANP) แก้วเจือด้วยดินที่หายากโลหะไอออน (Nd3 + และ Pr3 +) ที่มีความเข้มข้นแตกต่างกัน (0.5 , 1.0, 1.5, 2.0 และ 2.5 mol%) ได้รับการจัดทำขึ้นโดยใช้เทคนิคการดับละลาย X-ray diffraction, SEM กับ EDS, สเปกตรัมรามัน FTIR-สเปกตรัม, DTA, สเปกตรัมดูดซึมและการเรืองแสงที่ถูกบันทึกไว้ที่อุณหภูมิห้องสำหรับทุกการฝึกอบรมแก้วและวิเคราะห์ X-ray โปรไฟล์เลนส์และภาพ SEM ยืนยันลักษณะสัณฐานของตัวอย่างแก้ว สเปกตรัม EDS ของแก้วเจือและโคบอลต์เผยให้เห็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในพวกเขา ข้อมูลโครงสร้างของเมทริกซ์แก้วเหล่านี้ถูกจัดให้โดย FTIR และรามันสเปกตรัม จากการวิเคราะห์ DTA อุณหภูมิสภาพแก้ว (TG) และอุณหภูมิการตกผลึก (Tc) ได้รับการพิจารณา จากสเปกตรัมการดูดซึมที่จัดด์-Ofelt (J-O) พารามิเตอร์Ωλ (λ = 2, 4 และ 6) และคุณสมบัติรังสีอื่น ๆ เช่นความน่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลง (AR) อายุการใช้งานรังสี (τR) และอัตราส่วนแยก (βR) ได้รับการประเมิน . อัตราส่วนการแตกแขนงและกระตุ้นการปล่อยข้ามส่วนแสดงให้เห็นว่า 4F3 / 2 → 4I11 / 2 การเปลี่ยนแปลงของ Nd3 + ไอออนและ 3P0 → 3H4transition ของ Pr3 + ไอออนของแว่นตาภายใต้การสอบสวนมีการปล่อยแข็งแกร่งที่ 1,060 และ 490 นาโนเมตรตามลำดับ ผลที่ได้มาเปรียบเทียบกับรายงานแว่นตาที่คล้ายกัน.
ทดลอง
2.1 การผลิตและการวัดของแว่นตาตัวอย่างแก้วสังเคราะห์ในการทำงานในปัจจุบันมีองค์ประกอบ (50 - x) P2O5-20Na2HPO4-10ZnO-10AlF3-10NaF-XLN (ที่ Ln = PR2 (CO3) 3 • 8H2O และ Nd2O3; x = 0.5, 1.0 1.5 2.0 และ 2.5 mol%)
ตัวอย่างเหล่านี้ที่นี่หลังจากที่จะแสดงเป็น Nd3 + + และ Pr3 เจือสังกะสี alumino โซเดียมฟอสเฟต (ZANP) แว่นตา ตัวอย่างแก้วเหล่านี้ถูกจัดทำขึ้นโดยใช้เทคนิคการดับละลายมาตรฐาน [19] Nd3 + แก้วเจือจะแสดงเป็น ZANPNd05, ZANPNd10, ZANPNd15, ZANPNd20, ZANPNd25 และ Pr3 + แก้วเจือจะแสดงเป็น ZANPPr05, ZANPPr10, ZANPPr15, ZANPPr20, ZANPPr25 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 และความเข้มข้น 2.5 mol% ตามลำดับ กลุ่มตัวอย่างที่แก้วได้จัดทำขึ้นโดยใช้สารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูงเกรด analar เช่น NH4H2PO4, Na2HPO4, ซิงค์ออกไซด์, AlF3, NaF, PR2 (CO3) 3 • 8H2O และ Nd2O3as วัสดุเริ่มต้น สำหรับแต่ละชุดประมาณ 10 กรัมของวัตถุดิบที่ได้รับการชั่งน้ำหนักและผสมกันในครกฝังนิลโมรา ผงที่ถูกวางไว้ในเตาไฟฟ้าและเกือบละลายในช่วงอุณหภูมิ 900-1050 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 1 ชั่วโมงในเบ้าหลอมพอร์ซเลน ละลายได้ดับแล้วระหว่างสองขัดกันแผ่นทองเหลืองอบอุ่นและตัวอย่างที่ถูกอบที่ 400 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 4 ชั่วโมงเพื่อที่จะเอาความเครียดเชิงกล ความหนาเฉลี่ยของกลุ่มตัวอย่างแก้ว 0.2 ซม. และขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 ซม คุณภาพแสงของกลุ่มตัวอย่างทั้งหมดถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์และฟองฟรีตัวอย่างถูกนำสำหรับการตรวจวัดแสง ความหนาแน่น (ρ) เป็นวัดที่อุณหภูมิห้องโดยใช้หลักการ Archimedes กับไซลีนเป็นแช่ของเหลว ค่าเหล่านี้อยู่ในช่วง 3.714-5.360 g / cm3 สำหรับ Nd3 + และ 4.343-5.685 g / cm3 สำหรับ Pr3 + แก้วเจือสำหรับความเข้มข้นที่แตกต่างกัน ดัชนีการหักเหของแสงที่ถูกวัดโดยใช้เครื่องวัดพระกับหลอดไฟโซเดียม (589.3 นาโนเมตร) โดยใช้ 1 monobromonaphthalene เป็นผู้ติดต่อของเหลว สำหรับทุก Nd3 + เจือตัวอย่างแก้วดัชนีหักเหคือ 1.651 และ Pr3 + แก้วเจือช่วงดัชนีหักเหเป็น 1.651-1.652 ความเข้มข้นของไอออนแผ่นดินที่หายากและพารามิเตอร์ทางกายภาพอื่น ๆ ได้รับการพิจารณาจากองค์ประกอบชุดเริ่มต้นและความหนาแน่นของตัวอย่างแก้ว รูปแบบ XRD ผงที่ได้รับใช้ INEL C120 diffractometer จ้างร่วมKαรังสี ภาพ SEM และ EDS สเปกตรัมถูกบันทึกไว้โดยใช้เลนส์ Carl Zeiss EVO-MA15 สแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สเปกตรัมรามันถูกบันทึกไว้โดยใช้แล็บราม HR-800 กับ 514 นาโนเมตร AR3 + เลเซอร์เป็นแหล่งกระตุ้น FTIR สเปกตรัมที่ได้รับจาก Bruker spectrophotometer Vertex-80 FTIR ในภูมิภาคสเปกตรัม 500-4000 ซม-1 สำหรับ DTA ศึกษา TA-Q20-2047 Differential Scanning Calorimeter ในการขับถ่ายไนโตรเจนอยู่ในช่วงอุณหภูมิ 30-900 องศาเซลเซียสมีอัตราการเพิ่มขึ้นของ 10 ° C / นาทีถูกนำมาใช้ สเปกตรัมดูดกลืนแสงของ Nd3 + และ Pr3 + แก้วเจือถูกบันทึกไว้โดยใช้ JASCO UV-Vis-NIR spectrophotometer (รุ่น V-570) ในช่วง 300-900 นาโนเมตรและ 400-1,650 นาโนเมตรตามลำดับ สเปกตรัมของแสงเรือง NIR Nd3 + แก้วเจือถูกบันทึกไว้โดยใช้ Trix 550 monochromator ด้วยไนโตรเจนเหลวระบายความร้อนภายใต้ความยาวคลื่นกระตุ้น 514.5 นาโนเมตรของโรงงาน AR3 + สเปกตรัมเรืองแสงที่มองเห็นของ Pr3 + แก้วเจือถูกบันทึกไว้โดยใช้ Jobin YVON Florolog-3 fluorimeter ใช้ไฟแฟลชซีนอน ทั้งหมดเหล่านี้วัดสเปกตรัมถูกบันทึกไว้ที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น.
3 และการอภิปรายผล
3.1 X-ray diffraction, SEM และ EDS
วิเคราะห์สเปกตรัมXRD ของ Nd3 + และ Pr3 + เจือ ZANP เมทริกซ์แก้วถูกบันทึกไว้และพวกเขาแสดงกระเจิงกระจายในวงกว้างในมุมเล็ก ๆ แทนยอดผลึกยืนยันระยะยาวลักษณะความผิดปกติของโครงสร้างของเครือข่ายสัณฐานและเหลือบจึง รัฐได้รับการยืนยัน ภาพ SEM 1.0 เมตร