Application of Eu-Dy Doped Strontium Aluminate/Epoxy Composite Films

Yıl 2018, , 156 - 165, 30.12.2018

Atilla Evcin , Süleyman Akpınar , Nalan Çiçek Bezir

https://doi.org/10.17100/nevbiltek.434244

Cited By: 1

Öz

One of the
luminescent materials is the Strontium Aluminate. From the phase diagram, 5
different binary phases (Sr₄Al₂O₇,
Sr₃Al₂O₆, SrAl₂O₄, SrAl₄O₇
ve SrAl₂O₁₉) can be obtained. Among them, SrAl₂O₄
has excellent chemical stability and long-lasting luminescence. Different
additives have been used to have more luminescence. Among these additives, Eu
and Dy are the most effective and rare earth elements. In this study, Eu-Dy
doped strontium aluminate powders were prepared by sol-gel method. To fabricate
SrAl₂O₄, proper chemical precursors (Strontium nitrate, Aluminum nitrate)
were chosen and their solutions were prepared. 0.01 mol% of Dysprosium nitrate
and Europium nitrate was added to the solution formed by mixing their solutions.
Gelling powders at room temperature were dried in the oven at 180 ° C for 24
hours.  Dried powders were sintered at
1200°C
for 4 hours. Thermal, morphological and crystallographic properties of SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺powders were characterized by using
thermogravimetric/differential scanning calorimetry (DSC/TGA), X-ray diffraction
(XRD) and scanning electron microscopy (SEM) techniques, respectively. It was
observed that the powders were of SrAl2O4 structure and no undesirable phase
was present. SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺
powders and epoxy resin composites were prepared and applied on
ceramic surfaces. It was observed that the applied composite showed
long-lasting luminescence.

Anahtar Kelimeler

Luminescence, Strontium aluminate, Rare earth element

Eu-Dy Katkılı Stronsiyum Alüminat/Epoksi Kompozit Filmlerin Uygulanması

Öz

Luminesans
malzemelerden birisi de Stronsiyum Alüminattır. Faz diyagramından 5 farklı
ikili faz (Sr₄Al₂O₇, Sr₃Al₂O₆,
SrAl₂O₄, SrAl₄O₇ ve SrAl₂O₁₉)
elde edilebilir. Bunlar arasında SrAl₂O₄ mükemmel
kimyasal kararlılık ve uzun süreli ışıldamaya sahiptir. Daha fazla ışıldamaya
sahip olması için farklı katkılar kullanılmıştır. Bu katkılar içerisinde en
etkili olanı nadir toprak elementlerinden Eu ve Dy’dir.  Bu çalışmada Eu-Dy katkılı Stronsiyum
alüminat tozları sol-jel yöntemiyle hazırlanmıştır. SrAl₂O₄oluşturabilmek
için uygun başlangıç kimyasalları (Stronsiyum nitrat, Alüminyum nitrat)
seçilerek, çözeltileri hazırlanmıştır. İki çözeltinin karıştırılmasıyla oluşan
çözeltiye 0.01 mol% Disprozyum nitrat ve Evropyum nitrat eklenmiştir. Oda
sıcaklığında jelleşen tozlar 180°C’de 24 saat etüvde bekletilmiştir.  Kurutulan tozlar 1200 °C’de
4 saat sinterlenmiştir. SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺tozların
termal, morfolojik, kristaloğrafik özellikleri sırasıyla termo gravimetrik/diferansiyel
taramalı kalorimetri (DSC/TGA), taramalı elektron mikroskopu (SEM), X-ışını
difraksiyonu (XRD) kullanılarak karakterize edilmiştir.  Tozların SrAl₂O₄
yapısında olduğu ve herhangi bir istenmeyen fazın bulunmadığı
görülmüştür. DSC/TGA sonucu 800°C’den sonra herhangi bir ekzotermik veya
endotermik reaksiyon ile bir ağırlık kaybı kaydedilmemiştir. Bu  SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺
tozların epoksi reçine ile kompoziti hazırlanmış ve seramik yüzeylere
uygulanmıştır. Uygulanan kompozitin uzun süreli ışıldama gösterdiği
görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Luminesans, Stronsiyum alüminat, nadir toprak elementleri

Kaynakça

• Kaya S. Y. and Karasu B., “Mavimsi-yeşil ve sarımsı-yeşil fosforesans pigmentlerin üretimi, duvar karosu vetroza uygulamalarında kullanımı”, Seramik Türkiye, pp 2-8, Ocak-Mart 2010
• Kasap, S., Capper, P.,”Electronic and photonic materials”, Springer, New York, 2006
• Albani J.R., “Principles and Applications of Fluorescence Spectroscopy”, Blackwell publishing, France, 2007
• Karakaş C., Modifiye Edilmiş Sol-jel Prosesiyle Stronsiyum Alüminat Esaslı Fosforesans Malzeme Sentezi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, İstanbul, Haziran 2010
• Uluç A.V., Synthesis and characterization of phosphorescent strontium aluminate, Msc Thesis, Sabancı Üniversitesi, İstanbul, 2008
• Sahu I.P., Bisen D.P., Brahme N., Tamrakar R.K., “Luminescence behavior of europium activated strontium aluminate phosphors by solid state reaction method”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Volume 27, Issue 4, pp 3443–3455, April 2016
• Minquan W., Wang D., Guanglie L., “Research on Fluorescence Spectra and Structure of Single-phase 4SrO·7Al2O3: Eu2+ Phosphor Prepared by solid-State Reaction Method”, Material Science and Engineering, B57, 18-23, 1998.
• Yuesheng C., Ping Z. and Zhentai Z., “Eu2+ and Dy3+ Co-doped Sr3Al2O6 Red Long-Afterglow Phosphors With New Flower-Like” Morphology, Physica B., 403, 2008.
• Misevicius M., Scit O., Grigoraviciute-Puroniene I., Degutis G., Bogdanoviciene I., Kareiva A., “Sol–gel synthesis and investigation of un-doped and Ce-doped strontium aluminates”, Ceramics International Volume 38, Issue 7, pp 5915-5924, September 2012
• Chang C., Yuan Z., Mao D., “Eu2+ activated long persistent strontium aluminate nano scaled phosphor prepared by precipitation method”, Journal of Alloys and Compounds 415, pp 220–224., 2006
• Rojas-Hernandez R. E., Rodriguez M. A., Rubio-Marcos F., Serrano A.and Fernandez J. F., “Designing nanostructured strontium aluminate particles with high luminescence properties”, Journal of Materials Chemsitry C, İssue 6,2015
• Montes-Frausto J. B., Juarez-Moreno K., Can-Uc B., and Hirata-Flores G. A., “Synthesis and cytotoxic effects of SrAl2O4 persistent luminescence nanoparticles co-doped with Eu2+=Dy3+ ions”, OSA Optical Society of America OPTICAL MATERIALS EXPRESS, Vol. 6, No. 5, 1 May 2016
• Song H., Chen D., Tang W., Peng Y., “Synthesis of SrAl2O4: Eu2+, Dy3+, Gd3+ Phosphor by Combustion Method and Its Phosphorescence Properties”, Elsevier, 29, 41-44, 2008.
• Kim M.N., Jung K.Y., “Synthesis and Luminescence Enhancement of Strontium Aluminate Green Phosphor via Spray Pyrolysis”, Korean Chemical Engineering Research 49(5) October 2011
• Arıkan M.O., Katı Hal Reaksiyonuyla Stronsiyum Aluminat Esaslı Fosforesans Malzeme Sentezi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, İstanbul, 2010
• Thompson N, An Approach to the Synthesis of Strontium Aluminate Based Nanophosphors, PhD Thesis, RMIT University, 2007
• Luitel H.N. , Preparation and Properties of Long Persistent Sr4Al14O25 Phosphors Activated by Rare Earth Metal Ions, PhD Thesis, Saga University, March 2010
• Zurba N. K., Persistent luminescence of SrAl2O4:Ce(III), Dy, Eu nanotubes, nanowires and core-shells for people with disabilities: nano-emergency, PhD Thesis, Universidade de Aveiro, 2010
• EVCİN A., GÜNEŞ İ., UYGUNOĞLU T., ERSOY B., “Kireçtaşı Katkılı Epoksi Zemin Kaplamaların Yüzey Özellikleri”, International Conference on Natural Science and Engineering (ICNASE’16), pp 3443-3450, Kilis, March 19-20, 2016
• Gökkaya İ. Tek Bindirmeli Örgülü Kompozit Malzemelerin Darbe Davranışının İncelenmesi, Pamukkale Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, Denizli, (2015), pp 8-11
• Evcin A. Polimer Malzemeler Ders Notları, Afyon Kocatepe Üniversitesi, (2016)
• Demirel A., Karbon Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerin Karakterizasyonu, Gazi Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara (2007)
• Augustson C. N.M., Epoxy Handbook, Nils Malmgren AB, Sweeden, 2004.
• Saçak M. Polimer Teknolojisi, Gazi Kitabevi, Ankara (2005), pp. 219-228
• Lee S.B., Lee H.J., Hong I. K, (2012) Diluent filler particle size effect for thermal stability of epoxy type resin, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18, 635-641