بررسی مشخصات ترمولومینسانس نانوفسفر ZrO2:Ti سنتز شده به روش احتراقی در پرتوگیری بتا

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله سنتز و مشخصه‌یابی ترمولومینسانس زیرکونیوم (Zr) پایدار شده با تیتانیوم (Ti) گزارش شده است. برای سنتز مواد از روش احتراقی استفاده شده که روشی مناسب برای تولید مواد لومینسانس می‌باشد. در ساخت نمونه‌ها از ناخالصی تیتانیوم با غلظت mol% 2-1/0 استفاده شده است و برای تست‌های ترمولومینسانس قرص‌های استوانه‌ای در ابعاد 5 در 1 میلی‌متر تهیه شد. تأثیر غلطت تیتانیوم و دمای عملیات حرارتی بر روی مشخصات ساختاری مواد به روش آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD)، FTIR و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شده است. آنالیزها نشان دادند که با افزایش ناخالصی تغییری در ساختار ماده اصلی به‌وجود نیامده است. نمونه‌های تولید شده دارای فاز مونوکلینیک و تتراگونال بودند که با عملیات حرارتی و افزایش دمای آنیل فاز تتراگونال از بین رفته و تنها فاز مونوکلینیک شکل گرفت. برای بررسی مشخصات ترمولومینسانس (TL)، نمونه‌ها با چشمه بتای 90Sr در زمان‌های مختلف تحت تابش قرار گرفته‌اند. منحنی‌های درخشندگی به‌دست آمده نشان دادند که میزان غلظت تیتانیوم و همچنین دمای عملیات حرارتی تأثیر برجسته‌ای بر حساسیت TL زیرکونیا دارد. نتایج نشان داد بیشترین حساسیت TL مربوط به میزان mol% 1 تیتانیوم می‌باشد. همچنین بهترین دمای عملیات حرارتی 1100 درجه سانتی‌گراد به‌دست آمده و بهترین پاسخ ترمولومینسانس را نشان داده است. همچنین اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که این ماده برای 1/0 الی 1000 گری دز پرتو بتا پاسخ خطی از خود نشان می‌دهد. منحنی‌های درخشندگی به‌دست آمده دارای 3 قله در دماهای حدوداً 114، 175 و 222 درجه سانتی‌گراد می‌باشند و قله اصلی دمای 175 درجه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis and thermoluminescence characterization of combustion derived ZrO2:Ti exposed to beta radiation

نویسندگان [English]

  • seyed mostafa sadati 1
  • seyed amir Hosein feghhi 1
  • khirollah mohammadi 2
1
2
چکیده [English]

Titanium-stabilized Zirconia (ZrO2:Ti) nanoparticles were synthesized by the solution combustion synthesis method. This functional method is used for production of luminescent materials. Ti concentration was between 0.1 to 2 mol %. Nano crystalline tablets of 5 mm diameter and 1 mm thickness were prepared from synthesized powder. The effects of Ti concentration and annealing temperature on the structural properties of the produced sample were analyzed by X-ray diffraction (XRD) patterns, Fourier transformation infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). We reported the thermoluminescent (TL) properties of the ZrO2 doped with Ti exposed to beta radiation from 90Sr. The characterization results showed an appreciable influence of the Ti-dopant on zirconia crystalline phases and the particle sizes. Although the obtained samples contained tetragonal and monoclinic phases, the phase structure of the material changes to monoclinic with heat treatment. Results of FTIR analysis showed that Ti was completely placed in base material's structure. TL glow curves of samples showed that intensities were affected by different amounts of Ti and heat treatment. It was concluded that ZrO2:Ti with 1 mol % and the annealed samples at 1100 ℃ had the highest peak intensity and the best thermoluminescence response. In addition, this sample showed a linear response for beta doses in the range of 0.1 to 1000 Gy. Three peaks were observed in glow curves at 114, 175 and 222 ℃ and the main peak, is at 175 ℃.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermoluminescence dosimetry
  • Glow Curve
  • ZrO2:Ti
  • Combustion synthesis
[1] L. Chen, Y. Liu and Y. Li. Preparation and Characterization of ZrO2:Eu3+ Phosphors, Journal of Alloys and Compounds, 381 (2004) 266–271. [2] N.G. Petrik, D.P. Taylor and T.M. Orlando. Laser-Stimulated Luminescence of Yttria-Stabilized Cubic Zirconia Crystals, Journal of Applied Physics, 85 (1999) 6770. [3] N. Salah, S. Habib, Z. Khan and F. Djouider. Thermoluminescence and Photoluminescence of ZrO2 Nanoparticles, Radiation Physics and Chemistry, 80 (2011) 923–928. [4] S.M. Sadati, S.A.H. Feghhi and K. Mohammadi. Effect of Time Exposure on Thermoluminescence Glow Curve for UV-Induced ZrO2:Mg Phosphor, Radiation Protection Dosimetry, 173 (2017) 333–337. [5] R.K. Tamrakar, N. Tiwari, R.K. Kuraria, D.P. Bisen, V. Dubey and K. Upadhyay. Effect of Annealing Temperature on Thermoluminescence Glow Curve for UV and Gamma Ray Induced ZrO2:Ti Phosphor, Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 8 (2015) 1–10. [6] G.V. Sanchez, D.M. Anaya, G.M. Galicia, R. Hernández, O.O. Mejía and P.R. Martínez. Thermoluminescence Response Induced by UV Radiation in Eu-Doped Zirconia Nanopowders, Radiation Physics and Chemistry, 97 (2014) 118–125. [7] T. Rivera, R. Sosa, J. Azorin, J. Zarate and A. Ceja. Synthesis and Luminescent Characterization of Sol-Gel Derived Zirconia-Alumina, Radiation Measurements, 45 (2010) 465–467. [8] E. Rubio-Rosas, D. Mendoza-Anaya, M. G. Salazar-Morales, P. Salas, P.R. Gonzalez-Martinez and V. Rodriuez-Lugo. Thermoluminescent Behavior of ZrO2–CeO2 System Exposed to UV and Gamma Radiation, Materials and Manufacturing Processes, 22 (2007) 301–304. [9] J.A. Nieto. Thermoluminescence of Metallic Oxides. Development and applications in Mexico: An Overview, Applied Radiation and Isotopes, 138 (2018) 35–39. [10] L.L. Palacios, T. Rivera, J. Roman, J. Azorin and E. Gaona. Thermoluminescence of Zirconium Oxide Nanostructured to Mammography X-Ray Beams, Applied Radiation and Isotopes, 70, (2012) 1400–1402. [11] T. Rivera, J. Azorın, C. Furetta, C. Falcony, M. Garcıa and E. Martınez. Continuous Wavelength and Linear Modulation Optically Stimulated Luminescence Characteristics of Beta-Irradiated ZrO2, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research (A), 514 (2003) 146–149. [12] D. Perednis, O. Wilhelm, S.E. Pratsinis and L.J. Gauckler. Morphology and Deposition of Thin Yttria-Stabilized Zirconia Films Using Spray Pyrolysis, Thin Solid Films, 474 (2005) 84–95. [13] E. De. L. Rosa-Cruz, L.A. Diaz-Torres, P. Salas, D. Mendoza and V.M. Castano. Luminescence and Thermoluminescence Induced by Gamma and UV-Irradiation in Pure and Rare Earth Doped Zirconium Oxide. Optical Materials, 19 (2002) 195–199. [14] J. Azorin, T. Rivera, C. Furetta and S. Rodriguez. Ultraviolet Induced Thermoluminescence in Gadolinium-Doped Zirconium Oxide Films, Materials Science, 480 (2005) 145–148. [15] E.G. Villabona-Leal, L.A. Diaz-Torres, H. Desirena, J.L. Rodríguez-López and E. OctavioMeza, Luminescence and Energy Transfer Properties of Eu3+ and Gd3+ in ZrO2, Journal of Luminescence, 146 (2014) 398–403. [16] J. Kaur, Y. Parganiha, V. Dubey, D. Singh and D. Chandrakar. Synthesis, Characterization and Luminescence Behavior of ZrO2:Eu3+, Dy3+ with Variable Concentration of Eu and Dy Doped Phosphor, Superlattices and Microstructures, 73 (2014) 38–53. [17] R.K. Tamrakar, D.P. Bisen, K. Upadhyay and S. Tiwari. Synthesis and Thermoluminescence Behavior of ZrO2:Eu3+ with Variable Concentration of Eu3+ Doped Phosphor, Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 7 (2014) 486–490. [18] G.V. Sanchez, D.M. Anaya, C.G. Wing, R.P. Hernandez, P.R.G. Martınez and C.A. Chavez. Ag Nanoparticle Effects on the Thermoluminescent Properties of Monoclinic ZrO2 Exposed to Ultraviolet and Gamma Radiation, Nanotechnology, 18 (2007) 265703. [19] T. Rivera, J. Azorı́n, C. Falcony, E. Martı́nez and M. Garcı́a., Determination of Thermoluminescence Kinetic Parameters of Terbium-Doped Zirconium Oxide. Radiation Physics and Chemistry, 61(3) (2001) 421–423. [20] L. Pihlgren, T. Laihinen, L.C.V. Rodrigues, S. Carlson, K.O. Eskola, A. Kotlov, M. Lastusaari, T. Soukka, H.F. Brito and J. Hölsä. On the Mechanism of Persistent Up-Conversion Luminescence in the ZrO2:Yb3+,Er3+ Nanomaterials, Optical Materials, 36(10) (2014) 1698–1704. [21] Q. Liu, Q. Yang, G. Zhao and S. Lu. Titanium Effect on the Thermoluminescence and Optically Stimulated Luminescence of Ti,Mg:α-Al2O3 Transparent Ceramics, Journal of Alloys and Compounds, 582 (2014) 754–758. [22] N. Tiwari, R.K. Kuraria and R.K. Tamrakar. Thermoluminescence Glow Curve for UV Induced ZrO2:Ti Phosphor with Variable Concentration of Dopant and Various Heating Rate, , Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 7 (2014) 542–549. [23] A.J.J. Bos. Theory of Thermoluminescence, Radiation Measurements, 41 (2007) S45–S56. [24] A. Kadari and D. Kadri, Modeling of the Thermoluminescence Mechanisms in ZrO2, Applied Radiation and Isotopes, 82 (2013) 49–54.