Katkılandırılmış lityum silikat camsı seramiklerin sentezi ve lüminesans özelliklerinin incelenmesi

Camsı seramik malzemeler, kristallenmeye uygun camların çekirdeklenme ve kristal büyütme aşamalarından oluşan kontrollü kristalizasyonu ile üretilen malzemelerdir. Bu malzemeler üretilirken kullanılan safsızlıklarına göre farklı mekanik ve fiziksel özellikler göstermektedir. Camsı seramikler, hem cam hem de kristal özelliği gösterdiğinden, yüksek teknolojide kullanılabilen özel malzemelerdir.Günümüzde birçok alanda hammadde olarak da kullanılan bor, farklı malzemeler ile bileşik oluşturarak camsı seramik malzeme yapımında kullanılabilmektedir. Bor alüminyum, lityum silisyum gibi malzemeler, farklı safsızlıklarla katkılandırıldığında, çeşitli optik özellikler sergilemektedir. Bu özellikler çeşitli lazer ve diyot yapımında, fosforlu tüplerde, TV panelleri ve yardımcı ürünleri v.b. gibi birçok optik ve elektronik alanda kullanılabilir.Lityum silikat (Li2SiO3) camsı seramikleri, yüksek sıcaklık dayanımına sahip, yüksek sertlikte ve ışık geçirgenliği sağlayan, esneyebilen ve optik özellikler gösterebilen malzemelerdir. Li2SiO3, çeşitli toprak alkaliler ile katkılandırılarak, özellikle beyaz ışık LED'lerde ve yüksek şiddetli, yeşil ve mavi lazerlerde, yeni nesil uzun ömürlü lityum iyon pillerde kullanılmaktadır. Li2SiO3 camsı seramiği, günümüzde bazı alanlarda kullanılan (beyaz LED, yüksek şiddetli lazerler, katıhal aydınlatma üniteleri vb.) ev sahibi malzemedir. Bununla beraber, silika bazlı ev sahibi malzemeler, nadir toprak elementleri ile iyi bir uyum sağlayarak, lüminesant malzeme yapımına olanak sağlamaktadır.Bu çalışmada, Li2SiO3 camsı seramiği, geleneksel katıhal sentez yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Ev sahibi ürün olarak yapılan bu malzemeye, çeşitli oranlarda Sm katkılandırılarak, optik özellikleri incelenmiştir. Bunu takiben aynı oranlarda Sm, Eu, Er ve Dy nadir toprak elementleri katkılandırılarak, PL ve TL özellikleri incelenmiştir. Sodyum silikatlardaki gibi (Na2SiO3), belli basınç ve sıcaklıktaki bir ortamda, Li2SiO3 ortorombik bir yapıya sahiptir ve uzay gurubu Cmc21 ve örgü sabitleri (a,b,c) = (9,396, 5.396, 4.661) Å şeklindedir. Birim hücresinde 24 atom bulunduran bu malzemeye yapılan katkılandırma da, lityum atomu, katkı atomu ile yer değiştirerek örgüyü bozmamakta, örgü simetrilerine herhangi bir etki etmemektedir. Farklı oranlarda Sm katkılandırılan Li2SiO3 örnekleri, birçok bölgede soğurma piki göstermiştir. Tüm soğurma pikleri, temel durum olan 6H5/2 seviyesindendir. Ayrıca bu örneklerin Si-O bağları hakkında bilgi edinmek için FTIR ölçümleri alınmıştır. SEM görüntüleri alınarak tanecik boyutu ve yapı hakkında bilgiler elde edilmiştir. PL ölçümlerinde, Dy katkılı Li2SiO3 örneği, 4F9/2 ? 6H13/2 (sarı renk) emisyonu göstermiştir. Er katkılı Li2SiO3 örneği, 4I13/2 ve 4I15/2 arasındaki karakteristik iç-4f kabuk geçişleri, 1530 ve 1540 nm civarında pikler vermiştir. Eu katkılı Li2SiO3 örneği, temel uyarma seviyesi olan 5D0 `dan 7Fj (j=0,1,2,3) seviyelerine ait çeşitli elektronik geçişler sergilemektedir. Son olarak Sm katkılı Li2SiO3 örneği de, iç-4f yörüngede 4G5/2 enerji seviyesinden 6HJ (J=5/2, 7/2, 9/2, 11/2) enerji seviyelerine ait geçişler göstermiştir. Tüm örnekler karmaşık yapıda, birbirine benzer TL mekanizmalarına sahiptir.