Фазообразование и оптические свойства оксинитрида алюминия, легированного ванадием

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Изучены фазообразование, морфология и оптические свойства оксинитрида алюминия (Al5O6N), легированного ионами ванадия, в диапазоне концентраций 0.01–5.0 ат. % (относительно алюминия). Все образцы, полученные обжигом смесей Al2O3, AlN и V2O5 при температуре 1750°С в токе азота, представляют собой практически однофазный γ-AlON с незначительными примесями нитрида алюминия, а также VC, VN, VO или их твердых растворов при содержании ванадия ≥0.1 ат. %. В AlON:V ширина запрещенной зоны Eg = 5.82–5.94 эВ в зависимости от концентрации ванадия. Люминесценция AlON:V обусловлена собственными дефектами и примесными центрами свечения. Наличие ванадия в AlON приводит к увеличению показателя оптического поглощения и снижению интенсивности собственной люминесценции из-за образования примесных фаз, содержащих ванадий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Ищенко

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: a-v-i@mail.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Н. С. Ахмадуллин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a-v-i@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 49, Москва, 119334

И. И. Леонидов

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: a-v-i@mail.ru
Россия, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620077

В. П. Сиротинкин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a-v-i@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 49, Москва, 119334

И. А. Вайнштейн

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт металлургии УрО РАН

Email: a-v-i@mail.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002; ул. Амундсена, 101, Екатеринбург, 620016

Ю. Ф. Каргин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a-v-i@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 49, Москва, 119334

Список литературы

  1. Mittal D., Hostaša J., Silvestroni L. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 14. P. 6303. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.06.080
  2. Zgalat-Lozynskyy O., Tischenko N., Shirokov O. et al. // J. Mater. Eng. Perform. 2022. V. 31. № 3. P. 2575. https://doi.org/10.1007/s11665-021-06381-0
  3. Jian X., Wang H., Lee M.-H.H. et al. // Materials (Basel). 2017. V. 10. № 7. P. 723. https://doi.org/10.3390/ma10070723
  4. Chen C.F., Yang P., King G. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. № 2. P. 424. https://doi.org/10.1111/jace.13986
  5. Akhmadullina N.S., Ishchenko A.V., Yagodin V.V. et al. // Inorg. Mater. 2019. V. 55. № 12. P. 1223. https://doi.org/10.1134/S002016851912001X
  6. Zhang L., Luo H., Zhou L. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. № 8. P. 3299. https://doi.org/10.1111/jace.15494
  7. Ayman M.T., Chung W.J., Lee H. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 4. P. 1348. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.015
  8. Chen L., Du F., Liang Y. et al. // Displays. 2022. V. 71. P. 102147. https://doi.org/10.1016/j.displa.2021.102147
  9. Akhmadullina N.S., Ishchenko A. V., Lysenkov A.S. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 887. P. 161410. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161410
  10. Zhang J., Ma C., Wen Z. et al. // Opt. Mater. (Amst). 2016. V. 58. P. 290. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.05.048
  11. Shao Z., Ren S. // Nanoscale Adv. 2020. V. 2. № 10. P. 4341. https://doi.org/10.1039/D0NA00519C
  12. Latief U., Islam S.U., Khan M.S. // J. Alloys Compd. 2023. V. 941. P. 168985. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.168985
  13. Fuertes V., Fernández J.F., Enríquez E. // Optica. 2019. V. 6. № 5. P. 668. https://doi.org/10.1364/OPTICA.6.000668
  14. Yao A., Zhou X., Wu W. et al. // Chem. Phys. 2021. V. 546. P. 111170. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2021.111170
  15. Liu L., Zhang J., Wang X. et al. // Mater. Lett. 2020. V. 258. P. 126811. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.126811
  16. Dong Q., Yang F., Cui J. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 9. P. 11868.https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.069
  17. Ishchenko A.V., Akhmadullina N.S., Leonidov I.I. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 934. P. 167792.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167792
  18. Ishchenko A.V., Akhmadullina N.S., Leonidov I.I. et al. // Phys. B Condens. Matter 2024. V. 695. P. 416593.https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416593
  19. Ищенко А.В., Ахмадуллина Н.С., Пастухов Д.А. и др. // Неорганические материалы 2024. V. 60. № 3. P. 322.https://doi.org/10.31857/S0002337X24030083
  20. Diana P., Sebastian S., Saravanakumar S. et al. // Phys. Scr. 2023. V. 98. № 3. P. 035825.https://doi.org/10.1088/1402-4896/acb7b1
  21. Dorn M., Kalmbach J., Boden P. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2020. V. 142. № 17. P. 7947.https://doi.org/10.1021/jacs.0c02122
  22. Đačanin Far L., Dramićanin M. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 21. P. 2904.https://doi.org/10.3390/nano13212904
  23. Pan J., Hansen H.A., Vegge T. // J. Mater. Chem. A 2020. V. 8. № 45. P. 24098.https://doi.org/10.1039/D0TA08313E
  24. Шестаков В.А., Селезнев В.А., Мутилин С.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 5. С. 651.https://doi.org/10.31857/S0044457X23600019
  25. Подвальная Н.В., Захарова Г.С. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 300.https://doi.org/10.31857/S0044457X22601389
  26. Сидоров И., Жилинский В.В., Новиков В.П. // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 6. С. 638.https://doi.org/10.31857/S0002337X23060131
  27. Akhmadullina N.S., Lysenkov A.S., Konovalov A.A. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 9. P. 13348.https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.215
  28. Doebelin N., Kleeberg R. // J. Appl. Crystallogr. 2015. V. 48. № 5. P. 1573. https://doi.org/10.1107/S1600576715014685
  29. Solomonov V.I., Michailov S.G., Lipchak A.I. et al. // Laser Phys. 2006. V. 16. № 1. P. 126.https://doi.org/10.1134/S1054660X06010117
  30. Ларионов В.А., Гуляева Р.И., Нифонтова Е.А. // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 1. С. 61.https://doi.org/10.31857/S0002337X23010141
  31. Batyrev I.G., Taylor D.E., Gazonas G.A. et al. // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. № 2. P. 023505.https://doi.org/10.1063/1.4859435
  32. Каргин Ю.Ф., Ахмадуллина Н.С., Лысенков А.С. и др. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 9. С. 1192.https://doi.org/10.31857/S0044457X20090056
  33. Guo J.J., Wang K., Fujita T. et al. // Acta Mater. 2011. V. 59. № 4. P. 1671.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.11.034
  34. Zheng K., Wang H., Xu P. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 7. P. 4319.https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.02.047
  35. Kudyakova V.S., Leonidov I.I., Chaikin D.V. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 12. P. 16876. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.02.263
  36. Алтахов А.С., Горбунов Р.И., Кашарина Л.А. и др. // Письма в журнал технической физики 2016. Т. 42. № 21. С. 32. https://doi.org/10.21883/PJTF.2016.21.43838.16357
  37. Kubelka P., Munk F. // Z. Tech. Phys 1931. V. 12. P. 593.
  38. Du X., Yao S., Jin X. et al. // J. Phys. D. Appl. Phys. 2015. V. 48. № 34. P. 345104. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/34/345104
  39. Tauc J. // Mater. Res. Bull. 1968. V. 3. № 1. P. 37. https://doi.org/10.1016/0025-5408(68)90023-8
  40. Zhang X., Gao S., Li Z. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 6. P. 7778. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.01.082
  41. Spiridonov D.M., Weinstein I.A., Vokhmintsev A.S. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2015. V. 79. № 2. P. 211. https://doi.org/10.3103/S106287381502029X

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы образцов в линейном (а) и логарифмическом (б) масштабе образцов AlON:V. Вопросительным знаком (?) отмечены пики неидентифицированных фаз. Референсные рефлексы, их обозначения и PDF-карточки для V₆C₅, VN и VO отмечены соответствующими цветами.

Скачать (840KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость концентрации ванадийсодержащей фазы (а) и постоянной решетки AlON (б) от концентрации ванадия. VХ – ванадийсодержащая фаза, где X = С, N или O.

Скачать (102KB)
Метаданные
4. Рис. 3. РЭМ-изображение поверхности образца AlON:5V, измеренного с помощью BSE-детектора (a), и карты распределения элементов: Al (б), O (в), V (г), N (д) и C (е). Светлые частицы (а) содержат элементы с бόльшим атомным номером (ванадий), чем серые. Белыми точками отмечены области элементного микроанализа, состав указан в табл. 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры КР AlON c 0.01, 0.1, 1 и 5 ат. % V; D и G – полосы аморфного углерода.

Скачать (237KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры диффузного отражения (а), поглощения (б), спектры поглощения в координатах Тауца образцов AlON:V без предварительной коррекции (в) и с предварительной коррекцией (г).

Скачать (697KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости коэффициента отражения на длине волны 400 нм R(400 нм) и ширины оптической щели Eg образцов AlON:V от концентрации ванадия. Кружками изображены экспериментальные значения, пунктирными линиями – аппроксимирующие кривые в виде гиперболической и экспоненциальной функций для R и Eg соответственно.

Скачать (95KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Спектры ИКЛ образцов AlON:V (a), разложение спектра ИКЛ на составляющие полосы люминесценции на примере образца AlON:0.01V (б), зависимость интенсивности ИКЛ от содержания ванадия в образцах AlON:V (в). Пунктирной линией показан результат аппроксимации экспериментальных данных гиперболической функцией.

Скачать (570KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025