ИСТИНА

Проект направлен на оптимизацию методов поиска новых соединений на базе использования кристаллохимических данных для моделирования состава соединений и положения катионов в позициях структуры.

Recently, much attention has been paid to energy conservation. Replacing lighting fixtures with modern LEDs will save up to 40% of the energy consumed. For this reason, there has been increased interest in phosphors used in light-emitting diodes and lasers of low and medium power in a wide range of radiation from near IR visible to near UV. One of the possible materials for such purposes are vanadates with structure of the β-Ca3(PO4)2 type. The structure of these vanadates can include one-, two-, and trivalent cations, including rare earth elements. Such vanadates can be used to create an emission spectrum in a wide range, including white light. However, vanadates with a structure of the β-Ca3(PO4)2 type have not been sufficiently studied compared to similar phosphates. The main advantage of such vanadates in comparison with other classes of compounds is their chemical and physical stability, the ability to obtain large single crystals, a wide transparency region, and extensive crystal chemistry, which makes it possible to choose the environment and the necessary concentrations of activator ions to achieve the maximum luminescence intensity and energy conversion (quantum yield). The project will study the systems Sr9-xMxM(VO4)7:R3+/R'3+, Sr10.5-xM2x/3(VO4)7:R3+/R'3+, Ca10.5-xM2x/3(VO4)7 :R3+/R'3+ and Sr10.5- xMex(VO4)7:R3+/R'3+, where Me = Ca2+, Ba2+, Pb2+; M = Yb3+, Tm3+, Lu3+, In3+; R3+/R'3+ = Eu3+/Tb3+, Eu3+/Yb3+,Eu3+/Tm3+ are activator ions. The project is planned to solve four tasks: (i) to reveal the effect of the concentration of Me2+ and M3+ cations on the luminescent properties of dopant ions Eu3+/Tb3+, Eu3+/Yb3+ and Eu3+/Tm3+; (ii) reveal the effect of the concentration of Me2+ and M3+ cations on the nonlinear optical properties; (iii) reveal the influence of the position of the Me2+ and M3+ cations in the structure of the β-Ca3(PO4)2 type on the luminescence efficiency of the activator ions and the nonlinear optical properties; (iii) reveal the effect of Me2+ and M3+ cations on a possible shift in the position of the luminescence band. As a result, it is planned to develop optical polyfunctional (with luminescent, ferroelectric and nonlinear optical properties in the same compound) vanadates with controlled optical properties, which can be used both as lightemitting media (including as part of LED elements) and as active laser elements (including in nonlinear optical converters; large single crystals of such vanadates can be grown by the Czochralski method). The project is aimed at optimizing methods for searching for new compounds based on the use of crystal chemical data to model the composition of compounds and the position of cations in structural positions. This approach will allow optimizing the method of searching for new compounds with polyfunctional properties. In the course of the project, new compositions of these systems will be synthesized, their thermal characteristics will be determined and ceramics will be obtained for studying dielectric properties, nonlinear optical and luminescent properties will be determined. The phase composition and structure of the resulting phases will be studied using the methods of X-ray phase and X-ray diffraction analysis, high-resolution transmission electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy, IR spectroscopy and Raman scattering. Optical properties will be investigated by optical absorption spectroscopy and luminescence spectroscopy, as well as nonlinear optics.

В ходе выполнения проекта будут синтезированы новые составы указанных систем, определены их термические характеристики и получена керамика для изучение диэлектрических свойств, будут определены нелинейно-оптические и люминесцентные свойства. Фазовый состав и структура полученных фаз будет изучаться с применением методов рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и энергодисперсионной спектроскопии, спектроскопии ИК и комбинационного рассеяния. Оптические свойства будут исследованы методами оптической спектроскопии поглощения и люминесцентной спектроскопии, а также нелинейной оптики.

Заявитель проекта имеет достаточный научный задел в области создания новых материалов на основе ванадатов со структурой типа β-Ca3(PO4)2. Так с участием Заявителя впервые получен Sr9In(VO4)7 [RSC Adv., 2020, 10, 10867. DOI: 10.1039/c9ra10336h], который кристаллизуется в структурном типе β-Ca3(PO4)2 и является сегнетоэлектриком.Показано, что в отличие от соединений Ca9R(VO4)7 (R = РЗЭ) у Sr9R(VO4)7 и Sr9In(VO4)7 трехвалентный катион заселяет малую октаэдрическую позицию М5 структуры, а катионы Sr2+ более крупные полиэдры позиций М1-М3.Ранее заявителями проекта выявлено влияние положения катионов в структуре типа витлокит и их природы на строение витлокитоподобных фосфатов. Установлено, что замещение катионов кальция на цинк или магний в Ca9R(PO4)7 сопровождается изменением симметрии из нецентросимметриной в центроимметричную. При таком изменении симметрии интенсивность люминесценции возрастает. Установлено, что введение катионов цинка вместо кальция в Ca9R(PO4)7 сопровождается заметным увеличением интенсивности люминесценции. Подобные замещения кальция на магний заметно не влияют на интенсивность люминесценции. С использованием синхротронных экспериментов высокого разрешения и методов просвечивающей электронной микроскопии изучены реальные структуры ряда витлокитоподобных фаз и установлено влияние строения и состава на люминесцентные свойства.