Механолюминесценция и оптически стимулированная антистоксовая люминесценция композитов на основе эпоксидной смолы и люминофоров алюминатов стронция SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ и Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получены композитные механолюминесцирующие материалы (композиты) на основе прозрачной в видимом диапазоне спектра излучения эпоксидной смолы и мелкодисперсных порошков механолюминофоров SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ и Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+. Исследованы механо- и фотолюминесценция композитов при комбинированном воздействии коротковолнового (λ = 405 нм) и длинноволнового (λ = 1.06 мкм) излучения лазеров. Исследовано затухание оптически стимулированной антистоксовой люминесценции композита при воздействии последовательности импульсов длинноволнового лазерного излучения на композит, предварительно “активирован- ного” коротковолновым лазерным излучением. Полученный композит использовали для визуализации распространения тепла и термодеформаций, возникающих при действии мощных лазерных импульсов в металлических пластинах, и распределения деформаций при механическом ударе. Для этого на поверхность исследуемых материалов наносили тонкий слой композита. Композит обладал хорошей адгезией к поверхности материалов и высоким выходом механолюминесценции, что позволяло с хорошим пространственным и временным разрешением визуализировать распределение температуры и деформаций поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ф. Банишев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: banishev@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Takahashi D., Hubner J.P. // Exp Mech. 2010. V. 50. № 3. P. 365. https://www.doi.org/10.1007/s11340-009-9232-y
  2. Zhao T., Le V.T., Goo N.S. // J. Mech. Sci. Technol. 2020. V. 34. № 4. P. 1655. https://www.doi.org/10.1007/s12206-020-0328-8
  3. Karpagaraj A. Optical Methods in Stress Measurement. // Applications and Techniques for Experimental Stress Analysis. / Ed. Balaji P.S. IGI Global. 2020. P. 102. ISBN: 9781799816904. https://www.doi.org/10.4018/978-1-7998-1690-4
  4. Baek T.H., Kim M.S. Speckle Interferometry for Displacement Measurement and Hybrid Stress Analysis. // Interferometry – Research and Applications in Science and Technology. / Ed. Pavlov I. Elsevier, 2012. P. 149. ISBN 978-953-51-0403-2. https://www.doi.org/10.5772/2635
  5. Kim H.J., Ji S., Han J.Y., Cho H.B., Park Y.-G., Choi D., Cho H., Park J.-U., Im W.B. // NPG Asia Materials. 2022. V. 14. P. 26. https://doi.org/10.1038/s41427-022-00374-8
  6. Ahn S.Y., Timilsina S., Shin H.G., Lee J.H., Kim S.-H., Sohn K.-S., Kwon Y.N., Lee K.H., Kim J.S. // iScience. 2023. V. 26. Iss. 1. P. 105758. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105758
  7. Wu Y., Gan J., Wu X. // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 13. P. 1230. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.05.035
  8. Fujio Y., Xu Ch.-N., Sakata Y., Ueno N., Terasaki N. // J. Alloys Compd. 2020. V. 832. P. 154900. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154900
  9. Banishev A.F., Banishev A.A. // Int. J. Modern Phys. B. 2019. V. 33. № 30. P. 1950367. https://www.doi.org/10.1142/S02179792195036614
  10. Wang Ch., Peng D., Pan C. // Sci. Bull. 2020. V. 65. № 14. P. 1147. https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.03.034
  11. Zhang J.-Ch., Wang X., Marriott G., Xu Ch.-N. // Prog. Mater. Sci. 2019. V. 103. P. 678. https:// www.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.02.001
  12. Wang X., Peng D., Huang B., Pan C., Wang Zh.L. // Nano Energy. 2019. V. 55. P. 389. https:// www.doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.11.014
  13. Liu L., Xu Ch.-N., Yoshida A., Tu D., Ueno N., Kainuma Sh. // Adv. Mater. Technol. 2018. V. 4. Iss. 1. P. 1800336. https://www.doi.org/10.1002/admt.201800336
  14. Feng A., Smet P.F. // Materials. 2018. V. 11. № 484. P. 1. https://www.doi.org/10.3390/ma11040484
  15. Банишев А.Ф. // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. № 11. С. 33. https://www.doi.org/10.21883/PJTF.2021.11.51005.18739
  16. Банишев А.Ф. // Поверхность. Рентген. синхротр, и нейтрон. исслед. 2022. Т. 3. С. 50. https://www.doi.org/10.31857/S1028096022030049
  17. Sun H., Zhao Y., Wang Ch., Zhou K., Yan Ch., Zheng G., Huang J., Dai K., Liu Ch., Shen Ch. // Nano Energy. 2020. V. 76. P. 105035. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105035
  18. Azad A.I., Rahimi M.R., Yun G.J. // Smart Mater. Struct. 2016. V. 25. P. 095032. https://www.doi.org/10.1088/0964-1726/25/9/095032
  19. Terasaki N., Yamada H., Xu Ch.-N. // Catalysis Today. 2013. V. 201. P. 203. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2012.04.040
  20. Chandra B.P., Chandra V.K., Piyush Jha. // Physica B: Cond. Matter. 2015. V. 463. P. 62. https://doi.org/10.1016/j.physb.2015.01.030
  21. Bünzli J.-C.G., Wong K.-L. // J. Rare Earths. 2018. V. 36. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jre.2017.09.005
  22. Xiong P., Peng M., Yang Zh. // iScience. 2021. V. 24. P. 101944. https://doi.org/10.1016/j.isci. 2020.10194
  23. Dorenbos P. // Journal of The Electrochemical Society. 2005. V. 152(7). P. H107-H110. https://doi.org/10.1149/1.1926652
  24. Katsumata T., Toyomane S., Sakai R., Komuro S., Morikawa T. // J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89 (3). P. 932–936. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00856.x
  25. Kim J.S., Koh H.J., Lee W.D., Shin N., Kim J.G., Lee K.H., Sohn K.S. // Met Mater. Int. 2008. V. 14. P. 165. https://www.doi.org/10.3365/met.mat.2008.04.16.
  26. Timilsina S., Lee K.H., Jang I.Y., Kim J.S. // Acta Materialia. 2013. V. 61. № 19. P. 7197. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.08.024
  27. Timilsina S. Lee K.H., Kwon Y.N., Kim J.S. // J. Am. Ceram. Soc. 2015. V. 98. № 7. P. 1. https://doi.org/10.1111/jace.13566
  28. Nao Terasaki, Nao Ando, Kei Hyodo. // Japanese Journal of Applied Physics. 2022. V. 61. P. SE1009-SE1006. https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac5069
  29. Ha Jun Kim, Sangyoon Ji, Ju Yeon Han, Han Bin Cho, Young-Geun Park, Dongwhi Choi, Hoonsung Cho, Jang-Ung Park, Won Bin Im. // NPG Asia Materials. 2022. 14:26. P. 1–12. https://doi.org/10.1038/s41427-022-00374-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – подложка из стекла; 2 – композиционный механолюминесцирующий слой; 3 – непрерывный лазер с длиной волны λ = 405 нм; 4 – импульсный YAG:Nd лазер с λ = 1.06 мкм; 5 – спектрометр (монохроматор); 6 – цифровой осциллограф; 7 – оптоволокно

Скачать (101KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры фотолюминесценции и оптически стимулированной антистоксовой люминесценции SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ (а) и Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+ (б): фотолюминесценция возбуждаемая непрерывным лазером с λ = 405 нм (1, увеличено в три раза); при одновременном воздействии непрерывного и импульсного YAG:Nd-лазера (λ = 1.06 мкм) (2); 3 – через а) – 1 (3), 2 (4), 3 с (5) и б) – 10 (3), 20 (4), 30 (5), 40 с (6) после выключения непрерывного лазера

Скачать (164KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема уровней и переходов между ними люминесцентных центров ионов европия (Eu2+) и ловушек (ионов Dy3+). Излучательные переходы обозначены пунктирными линиями, релаксационные – зигзагообразными. Цифрами показаны основной (1) и возбужденные уровни (2–4) европия. а – Действие коротковолнового излучения (λ = 405 нм) приводит к возбуждению фотолюминесценции ионов Eu2+ и заселению уровней ловушек Dy3+ (темно-серые стрелки). Фотолюминесценция при действии длинноволнового излучения (λ = 1.06 мкм) обусловлена возбуждением заселенных уровней ловушек (светло-серые стрелки). б – Механолюминесценция при ударе бойка обусловлена деформацией материала и смещением заселенных уровней ловушек: в результате становятся возможными туннельные переходы электронов в зону проводимости

Скачать (271KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) – Схема эксперимента по визуализации воздействия излучения на образец: 1 – пластина из нержавеющей стали; 2 – YAG:Nd-лазер; 3 – распространение тепла и термодеформации; 4 – композиционный слой; 5 – видеокамера (скорость съемки 1000 кадров/с). Визуализация распространения тепла и термодеформаций в пластине из нержавеющей стали толщиной 100 мкм при воздействии мощного лазерного импульса I ≈ 7 × 104 Вт/см2: (б) – короткая вспышка фотолюминесценции механолюминесцирующего слоя, возбуждаемая тепловым излучением в момент лазерного воздействия; образец в течение первых ~20 мс (в) и через ~20 мс (г) после затухания фотолюминесценции; свечение механолюминесцирующего слоя через 300 мс (д) и 1 с (е) после затухания фотолюминесценции

Скачать (206KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема эксперимента по визуализации механического воздействия на образец (а): 1 – пластина из нержавеющей стали; 2 – боек; 3 – пробивка пластины; 4 – механолюминесцирующий слой; 5 – видеокамера (скорость съемки 50 кадров/с). Визуализация напряжений и деформаций, возникающих при разрушении (пробивке) пластины из нержавеющей стали при ударном воздействии бойка: при ударе бойка до (б) и сразу после пробивки пластины (в)

Скачать (99KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024