Люминесценция новых координационных соединений европия

В последнее время увеличивается спрос на высокоэффективные оптоэлектронные устройства, что приводит к росту числа публикаций в области исследования новых люминесцентных материалов. Такие вещества могут применяться как в качестве эмиттеров в органических светоизлучающих диодах (ОСИД) [1], так и в качестве активной среды в лазерах [2], при этом материалы должны обладать высоким значением квантового выхода, а также могут использоваться в качестве люминесцентных маркеров в медицине [3] и в массовом производстве банкнот [4]. В настоящей работе представлены результаты исследований новых люминесцентных координационных соединений европия.

В качестве исследуемых соединений были рассмотрены следующие вещества (BTFA — 4,4,4–трифтор-1-фенил-1,3-бутандион):

Для измерения спектров фотолюминесценции исследуемых материалов была применена специальная экспериментальная установка, состоящая из спектрометра СДЛ-1, в котором дисперсионными элементами являлись две решетки 600 штрихов/мм. Регистрация сигнала люминесценции производилась с помощью фотоэлектронного умножителя Hamamatsu 8259-1, чувствительного в диапазоне 300...850 нм и работающего в режиме счета одиночных фотонов. Возбуждение образца производилось с помощью светодиода с длиной волны 365 нм. Измерение кинетических зависимостей люминесценции проводилось на той же установке, однако в качестве детектора выступал фотоумножитель ФЭУ–79, чувствительный в диапазоне 300...850 нм, работавший в линейном режиме. Регистрация кинетических зависимостей проводилась с помощью платы Руднев-Шиляев ЛА-10Н6. В качестве источника возбуждения использовался импульсный лазер Lotis TII-2134UTF, настроенный на длину волны возбуждения 355 нм. Длительность импульсов генерации лазера составляла 6 нс, частота следования — 12 Гц. В качестве образцов для указанных измерений выступали кварцевые стекла, между которыми был помещен порошок исследованного вещества.

Спектры люминесценции исследованных веществ представлены на рис. 1. Спектры представляют собой линейчатую структуру, полностью соответствующую спектру люминесценции иона европия (III). Были обнаружены следующие переходы

На рис. 2 представлены кинетические зависимости люминесценции исследованных соединений при регистрации на длине волны 615 нм. Выбор указанной полосы регистрации обусловлен тем, что ион европия (III) обладает максимальной интенсивностью люминесценции при данной длине волны. На рис. 2 представлены кинетические зависимости люминесценции для всех соединений. Аппроксимация полученных кривых проводилась с помощью биэкспоненциальной функции

Однако второе (большее) время затухания, отвечающее второму слагаемому, в дальнейших рассуждениях не учитывалось из-за малой относительной величины коэффициента при соответствующей экспоненте. Таким образом, характерные времена релаксации составили мс, мс,  мс.

По результатам оптических исследований для представленных соединений европия был рассчитан их внутренний квантовый выход люминесценции. С учетом того, что переход европия (III) является магнитно-дипольным и не зависит от типа окружения иона, то в этом случае константа скорости перехода составляет (обозначена ). Итоговое выражение для расчета внутреннего квантового выхода имеет видгде — скорость излучательной релаксации, при этом скорость безызлучательной релаксации можно найти из выражения

Полученные значения скоростей излучательной  и безызлучательной релаксации  , а также внутренний квантовый выход для исследованных веществ приведены в таблице.

Значения скоростей излучательной и безызлучательной релаксации

Экспериментально было показано, что новые соединения европия являются эффективными эмиттерами при УФ возбуждении, их квантовый выход люминесценции составил , , . Представленные соединения могут использоваться в качестве материала эмиссионных слоев органических светоизлучающих диодов.