Термическая стабильность и люминесцентные свойства церийсодержащего трикальцийфосфата

Никитина Ю. О.; Петракова Н. В.; Козюхин С. А.; Сиротинкин В. П.; Коновалов А. А.; Каргин Ю. Ф.; Баринов С. М.; Комлев В. С.

doi:10.31857/S0002337X23040097

Термическая стабильность и люминесцентные свойства церийсодержащего трикальцийфосфата

作者: Никитина Ю.¹, Петракова Н.¹, Козюхин С.², Сиротинкин В.¹, Коновалов А.¹, Каргин Ю.¹, Баринов С.¹, Комлев В.¹
隶属关系:
1. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
2. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук
期: 卷 59, 编号 4 (2023)
页面: 408-418
栏目: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140147
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23040097
EDN: https://elibrary.ru/VUFIRQ
ID: 140147

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅存取

详细
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

Методом осаждения из растворов получены наноразмерные порошки церийсодержащих трикальцийфосфатов (ТКФ, Ca₃(PO₄)₂) со структурой витлокита. Содержание церия в материалах после термической обработки при 1300°C составило 0, 0.07, 0.18 и 0.39 мас. %, что соответствует значениям х = 0, 0.0025, 0.006, 0.013 для общей формулы Ca_{3 –} _хCe_2х/3(PO₄)₂. С повышением содержания церия увеличивается термическая стабильность β-модификации ТКФ. Полученные церийсодержащие порошки ТКФ обладают люминесцентными свойствами при облучении источником света длиной волны 270–320 нм с максимумом при 360–390 нм, характерным для эмиссии Се³⁺. В зависимости от концентрации церия и температуры обработки материалов происходит смещение спектров свечения.

关键词

биокерамика, трикальцийфосфат, модифицирующая добавка, церий, фотолюминесценция

参考

Sun Ch., Gradzielski M. Advances in Fluorescence Sensing Enabled by Lanthanide-Doped Upconversion Nanophosphors // Adv. Colloid Interface Sci. 2022. V. 300. P. 102579. https://doi.org/10.1016/j.cis.2021.102579
Uspenskaya Yu.A., Edinach E.V., Gurin A.S., Babunts R.A., Asatryan H.R., Romanov N.G., Baranov P.G. Light and Spins in Rare-Earth Doped Garnets // J. Lumin. 2022. V. 251. P. 119166. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119166
Nazabal V., Adam J.L. Infrared Luminescence of Chalcogenide Glasses Doped with Rare Earth Ions and Their Potential Applications // Opt. Mater. X. 2022. V. 15. P. 100168. https://doi.org/10.1016/j.omx.2022.100168
Ansari A.A., Parchur A.K., Nazeeruddin M.K., Tavakolid M.M. Luminescent Lanthanide Nanocomposites in Thermometry: Chemistry of Dopant Ions and Host Matrices // Coord. Chem. Rev. 2021. V. 444. P. 214040. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.214040
Ignatieva L.N., Marchenko Yu.V., Mashchenko V.A., Mirochnik A.G., Maslennikova I.G., Goncharuk V.K. Effect of EuF on Thermal and Luminescent Properties of Glasses in the 30BaZrF670NaPO3–xEuF3 System // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1639–1645. https://doi.org/10.1134/S0036023622100461
Siakavelas G.I., Charisiou N.D., AlKhoori A., Sebastian V., Hinder S.J., Baker M.A., Yentekakis I.V., Polychronopoulou K., Goula M.A. Cerium Oxide Catalysts for Oxidative Coupling of Methane Reaction: Effect of Lithium, Samarium and Lanthanum Dopants // J. Environ. Chem. Eng. 2022. V. 10. P. 107259. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107259
Порсин А.В., Аликин Е.А., Данченко А.М. и др. Измерение кислородной емкости оксидов CexM1–xO2 в реакции окисления СО // Катализ в промышленности. 2007. № 6. С. 39–45.
Ueda J., Tanade S. Review of Luminescent Properties of Ce3+-Doped Garnet Phosphors: New Insight into the Effect of Crystal and Electronic Structure // Opt. Mater. X. 2019. V. 1. P. 100018. https://doi.org/10.1016/j.omx.2019.100018
Nandiyanto A.B.D., Kito Yu., Hirano T., Ragadhita R., Ph. H.Le, Ogi T. Spherical Submicron YAG:Ce Particles with Controllable Particle outer Diameters and Crystallite Sizes and their Photoluminescence Properties // RSC Adv. 2021. V. 11. № 48. P. 30305–30314. https://doi.org/10.1039/d1ra04800g
Zhang Q., Xiong Y., Shi Q., Shi Y., Niu M., Liu W., Wu T., Wang L., Zhou Zh., Liu Q., Fang J., He H., Ni J., Wang Ch., Yu J., Wang H., Shichalin O., Belov A.A., Papynov E.K., Ivanets A.I., Zou J. Effect of Ce3+2O2 + Persistent Phosphors for Alternating Current Driven Light-Emitting Diodes // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1442–1450. https://doi.org/10.1134/S0036023622090212
Казанкин О.Н., Ижевский М.Б., Александрова Р.А., Кудряшов Г.Н., Барковская И.Н. Способ получения люминофора: Патент 219726. РФ. Заявка: 1009139/23-26, 1965.05.27. Опубл.: 1968.06.14. 2 с.
Воробьев В.А., Власьянц Г.Р., Каргин Н.И., Синельников Б.М. Материал для преобразования света и композиция для его получения: Патент 2319728 С1. РФ. Заявка: 2006120641/04, 2006.06.13. Опубл.: 2008.03.20. 16 с.
Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М.: Наука, 2014. 204 с.
Carrodeguas R.G., De Aza S. α-Tricalcium Phosphate: Synthesis, Properties and Biomedical Applications // Acta Biomater. 2011. V. 7. P. 3536. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2011.06.019
Bohner M., Santoni B.L.G., Döbelin N. β-Tricalcium Phosphate for Bone Substitution: Synthesis and Properties // Acta Biomater. 2020. V. 113. P. 23–41. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.06.022
Ларионов Д.С., Битанова В.А., Евдокимов П.В., Гаршев А.В., Путляев В.И. Золь–гель-синтез порошков Cа3(PO4)2 и Ca3–хNa2х(PO4)2 для формирования биокерамики методом 3D-печати // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 3. С. 317–326. https://doi.org/10.31857/S0002337X22030095
Фадеева И.В., Рыжов А.П., Титов Д.Д., Филипов Я.Ю., Тютькова Ю.Б., Давыдова Г.А., Баринов С.М. Керамика из барийзамещенных трикальцийфосфатов // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 3. С. 333–340. https://doi.org/10.31857/S0002337X22030034
Grigg A.T., Mee M., Mallinson P.M., Fong S.K., Gan Z., Dupree R., Holland D. Cation Substitution in β-Tricalcium Phosphate Investigated Using Multi-Nuclear, Solid-State NMR // J. Solid State Chem. 2014. V. 212. P. 227–236. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2013.10.026
Dickens B., Schroeder L.W., Brown W.E. Crystallographic Studies of the Rrole of Mg as a Stabilizing Impurity in β-Ca3(PO4)2. The Crystal Structure of Pure β-Ca3(PO4)2 // J. Solid State Chem. 1974. V. 10. № 2. P. 232–248. https://doi.org/10.1016/0022-4596(74)90030-9
Famery R., Richard N., Boch Ph. Preparation of α- and β-Tricalcium Phosphate Ceramics, with and without Magnesium Addition // Ceram. Int. 1994. V. 20. № 5. P. 327. https://doi.org/10.1016/0272-8842(94)90050-7
Lazoryak B.I., Zhukovskaya E.S., Baryshnikova O.V., Belik A.A., Leonidova O.N., Deyneko D.V., Savon A.E., Dorbakov N.G., Morozova V.A. Luminescence, Structure and Antiferroelectric-type Phase Transition in Ca8ZnEu(PO4)7 // Mater. Res. Bull. 2018. V. 104. P. 20–26. https://doi.org/10.1016/J.MATERRESBULL.2018.03.052
Deyneko D.V., Morozov V.A., Zhukovskaya E.S., Nikiforov I.V., Spassky D.A., Belik A.A., Lazoryak B.I. The Influence of Second Coordination-sphere Interactions on the Luminescent Properties of β-Ca3(PO4)2-related Compounds // J. Alloys Compd. 2020. V. 815. P. 152353. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152352
Benhamou R.A., Bessière A., Wallez G., Viana B., Elaatmani M., Daoud M., Zegzouti A. New Insight in the Structure-luminescence Relationships of Ca9Eu(PO4)7 // J. Solid State Chem. 2009. V. 182. P. 2319–2325. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2009.06.018
Sinusaite L., Kareiva A., Zarkov A. Thermally Induced Crystallization and Phase Evution of Amorphous Calcium Phosphate Substituted with Divalent Cations Having Different Sizes // ACS Cryst. Growth Des. 2021. V. 21. P. 1242–1248. https://doi.org/10.1021/ACS.CGD.0C01534
Enderle R., Götz-Neunhoeffer F., Göbbels M., Müller F.A., Greil P. Influence of Magnesium Doping on the Phase Transformation Temperature of β-TCP Ceramics Examined by Rietveld Refinement // Biomaterials. 2005. V. 26. № 17. P. 3379–3384. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.09.017
Qiu Ch., Lu T., He F., Feng S., Fang X., Zuo F., Jiang Q., Deng X., Ye J. Influences of Gallium Substitution on the Phase Stability, Mechanical Strength and Cellular Response of β-Tricalcium Phosphate Bioceramics // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 10. P. 16364–16371. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.195
Lutterotti L., Matthies S., Wenk H.-R. MAUD: a Friendly Java Program for Material Analysis Using Diffraction. IUCr: Newsletter of the CPD. 1999. V. 21. P. 14–15.
Sofronia A.M., Baies R., Anghel E.M., Marinescu C.A., Tanasescu S. Thermal and Structural Characterization of Synthetic and Natural Nanocrystalline Hydroxyapatite // Mater. Sci Eng., C. 2014. V. 43. P. 153–163. https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.07.023
Mathew M., Shozo T. Structures of Biological Minerals in Dental Research // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2001. V. 106. № 6. P. 1035–1044. https://doi.org/10.6028/jres.106.054
Matković I., Maltar-Strmečki N., Babić-Ivančić V., Dutour Sikirić M., Noethig-Laslo V. Characterisation of β-Tricalcium Phosphate-Based Bone Substitute Materials by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy // Radiat. Phys. Chem. 2012. V. 81. № 10. P. 1621. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2012.04.012
Raynaud S., Champion E., Bernache-Assollant D., Thomas P. Calcium Phosphate Apatites with Variable Ca/P Atomic Ratio I. Synthesis, Characterisation and Thermal Stability of Powders // Biomaterials. 2002. V. 23. № 4. P. 1065. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(01)00218-6
Combes C., Rey C. Amorphous Calcium Phosphates: Synthesis, Properties and Uses in Biomaterials // Acta Biomater. 2010. V. 6. № 9. P. 3362–3378. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2010.02.017
Marques C.F., Olhero S., Abrantes J.C.C., Marote A., Ferreira S., Vieira S.I., Ferreira J.M.F. Biocompatibility and Antimicrobial Activity of Biphasic Calcium Phosphate Powders Doped with Metal Ions for Regenerative Medicine // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 17. P. 15719–15728. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.08.133
Glazov I.E., Krut’ko V.K., Musskaya O.N., Kulak A.I. Calcium Phosphate Apatites: Wet Formation, Thermal Transformations, Terminology, and Identification // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 173–182. https://doi.org/10.1134/S0036023622020048
Mortier A., Lemaître J., Rouxhet P.G. Temperature-Programmed Characterization of Synthetic Calcium-deficient Phosphate Apatites // Thermochim. Acta. 1989. V. 143. P. 265.
Jillavenkatesa A., Condrate R.A. The Infrared and Raman Spectra of β- and α-Tricalcium Phosphate (Ca3(PO4)2) // Spectrosc. Lett. 1998. P. 1619–1634. https://doi.org/10.1080/00387019808007439
Torres P.M.C., Abrantes J.C.C., Kaushal A., Pina S., Döbelin N., Bohner M.J., Ferreira M.F. Influence of Mg-Doping, Calcium Pyrophosphate Impurities and Cooling Rate on the Allotropic α ↔ β-Tricalcium Phosphate Phase Transformations // J. Eur. Ceram. Soc. 2016. V. 36. № 3. P. 817–827. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.09.037
Welch J., Gutt W. High-Temperature Studies of the System Calcium Oxide-Phosphorus Pentoxide // J. Chem. Soc. 1961. P. 4442–4444. https://doi.org/10.1039/JR9610004442
Jowsey J., Rowland R.E., Marshall J.H. The Deposition of the Rare Earths in Bone // Radiat. Res. 1958. V. 8. № 6. P. 490–501. https://doi.org/10.2307/3570441
Знаменский Н.В., Малюкин Ю.В. Спектры и динамика оптических переходов редкоземельных ионов в кристаллах. М.: Физматлит, 2008. 191 с.
Ding Y. et al. Efficient Manganese luminescence Induced by Ce3+-Mn2+ Energy Transfer in Rare Earth Fluoride and Phosphate Nanocrystals // Nanoscale Res. Lett. 2011. V. 6. № 1. P. 119. https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-119