ساخت نانوذرات کلسیم‌سولفات آلاییده شده با ناخالصی ایتربیم به‌ روش شیمیایی هم‌رسوبی و بررسی رفتار ترمولومینسانس آن در پرتودهی گاما

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری نانو و زیستی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

چکیده

در این تحقیق نانوذرات کلسیم‌سولفات آلاییده شده با درصدهای مختلفی از ناخالصی ایتربیم با استفاده از روش شیمیایی هم‌رسوبی ساخته شده‌اند. خصوصیات ساختاری و ظاهری نانوذرات به‌وسیله تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوی پراش پرتوی ایکس مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش ویلیامسون-هال اندازه تقریبی 36 نانومتر برای ذرات به‌دست آمد. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که نانوذرات ساخته شده با حضور سرفکتنت ساختار همگن و تقریباً کروی‌شکل دارند. هم‌چنین منحنی تابش ترمولومینسانس نسبت به پرتوی گاما و طیف فوتولومینسانس نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفتند. در طیف گسیلی فوتولومینسانس نانوذرات یک قله مشخص در طول‌موج 1070 نانومتر دیده می‌شود که به‌خوبی برای یون‌های ایتربیم شناخته شده‌اند و مربوط به انتقال الکترونی از ترازهای 2F5/2 به 2F7/2 می‌باشد. علاوه‌براین نتایج نشان می‌دهد که ذرات ساخته شده در این روش در دزهای بالا به پرتو گاما حساس می‌باشند و در بازه 10 تا 104 گری از خود پاسخ خطی نشان می‌دهند. میزان محوشدگی نمونه‌ها در طی یک ماه 10 درصد می‌باشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of calcium sulfate nanoparticles doped with Yb3+ impurities by co-precipitation method and investigation of its thermoluminescence behavior under gamma irradiation

نویسندگان [English]

  • Mohsen Mehrabi
  • Sadegh Karimi
چکیده [English]

In this study, calcium sulfate nanoparticles doped with different percentages of ytterbium impurities were synthesized using the co-precipitation method. The structural properties and morphology of the nanoparticles were investigated by scanning electron microscopy (SEM) images and X-ray diffraction (XRD) patterns. Using the Williamson-Hall method an approximate size of 36 nm was obtained for the nanocrystallites. The results showed that nanoparticles synthesized with the presence of surfactant have a homogeneous and almost spherical structure. Also, the thermoluminescence glow curve following gamma irradiation and the photoluminescence spectrum of the samples were studied. The emission peak of photoluminescence at wavelength 1070 nm can be attributed to 2F5/2 to 2F7/2 transition. In addition, the results show that the nanoparticles synthesized in this method are sensitive to gamma rays at high doses and show a linear response in the range of 10 Gy up to 104 Gy. The fading of the samples during one month was about %10.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermoluminescence
  • Calcium sulfate
  • Co-precipitation
  • Photoluminescence
  • Nanoparticles
  • Gamma ray
[1] Y. Takeda, N. Umeda, V.T. Gritsyna and N. Kishimoto. Optical transient resonance of copper nanoparticle composites synthesized by negative ion implantation, Nucl.Instr. and Meth. B, 175 (2001) 463–467. [2] H. Shang-Pan, W. Zhi-Qiang, Wu. Xiao-Juan and Shi Ji-Wen. Optical properties of Cr doped ZnAl2O4 nanoparticles with Spinel structure synthesized by hydrothermal method, Materials Research Express, 7 (2020) 1-11. [3] D. Bhattacharya, S. Mukherjee, R. Kumar Mitra and Samit K Ray. Size dependent optical properties of MoS2 nanoparticles and their photo-catalytic applications, Nanotechnology, 31(14) (2020) 145701-145709. [4] B.L. Zhu, C.S. Xie, D.W. Zeng, W.L. Song and A.H. Wang. Investigation of gas sensitivity of Sb-doped ZnO nanoparticles, Materials Chemistry and Physics, 89 (2005) 148–153. [5] B. Ji, S. Koley, I. Slobodkin, S.Remennik and U. Banin. ZnSe/ZnS Core/Shell Quantum Dots with Superior Optical Properties through Thermodynamic Shell Growth, Nano Lett, 20 (2020) 2387–2395. [6] S. Abolaji Rasaki, B. Zhang, K. Anbalgam, T. Thomas and M.Yang. Synthesis and application of nano-structured metal nitrides and carbides: A review, Progress in Solid State Chemistry, 50 (2018) 1-15. [7] P. Vikram, B. Arpit, G. Rinki, Ja. Navin and P. Jitendra. Synthesis and Applications of Noble Metal Nanoparticles: A Review, Advanced Science, Engineering and Medicine, 9 (2017) 527-544. [8] B. Schrick, J. L. Blough, A. Daniel Jones and Thomas E. Mallouk. Hydrodechlorination of Trichloroethylene to Hydrocarbons Using Bimetallic Nickel−Iron Nanoparticles, Chem. Mater, 14 )2002( 5140-5147. [9] S. Ramasamy, D. J. Smith, P. Thangadurai, K. Ravichandran, T. Prakash, K. Padmaprasad and V. Sabarinathan. Recent study of nanomaterials prepared by inert gas condensation using ultra high vacuum chamber, pramana journal of physics, 65 (5) (2005) 881- 891. [10] S. Gitelis, P. Piasecki, T. Turner, W. Haggard, J. Charters and R. Urban. Use of a calcium sulfate-based bone graft substitute for benign bone lesions, Orthopedics, 24 (2001) 162-166. [11] Y. Yang, Y.Q. Zhao, A.O. Babatunde, L. Wang, Y.X. Ren and Y. Han. Characteristics and mechanisms of phosphate adsorption on dewatered alum sludge, Sep. Purif. Technol., 51 (2006) 193–200. [12] S. Lee, J. Kim and C.H. Lee. Analysis of CaSO4 scale formation mechanism in various nanofiltration modules, J. Membr. Sci, 163 (1999) 63-68. [13] K.S.V. Nambi, V.N. Bapat and A.K. Ganguly. Thermoluminescence of CaSO4 doped with rare earths. J.Phys. C, 7 (1974) 4403-4409. [14] M. Maghrabi, T. Karali, P.D. Townsend and A.R. Lakshmanan. Luminescence spectra of CaSO4 with Ce, Dy, Mn and Ag codopants, J. Phys. D, 33 (2000) 470-477. [15] N. Salah, N. D. Alharbi and M. A. Enani. Luminescence properties of pure and doped CaSO4 nanorods irradiated by 15 MeV e-beam, Nucl Instrum Methods B, 319 (2014) 107–111. [16] M. Zahedifar and M. Mehrabi. Thermoluminescence and photoluminescence of cerium doped CaSO4 nanosheets, Nucl Instrum Methods, 268 (2010) 3517–3522. [17] Nandkumar T. Mandlik, P. D. Sahare and S. D. Dhole. Effect of size variation and gamma irradiation on thermoluminescence and photoluminescence characteristics of CaSO4:Eu micro- and nanophosphors, Applied Radiation and Isotope, 159 (2020) 109080-109088. [18] G. K. Williamson and W. H. Hall. X-ray Line Broadening from Filed Aluminium and Wolfram, Acta Metall, 1 (1953) 22-31. [19] Yashaswini, C. Pandurangappa and N. Dhananjaya. Photoluminescence studies of ytterbium doped calcium sulphate nanophosphors for display applications, Mater. Res. Express, 6 (2019) 095027-095033. [20] G. Kitis, J. M. Gomez-Ros and J. W. N. Tuyn. Thermoluminescence glow-curve deconvolution functions for first, second and general orders of kinetics, J. Phys. D Appl. Phys, 31 (1998) 2636-2340.