РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ В НАНОСТРУКТУРНЫХ КОМПАКТАХ ZrO₂, ОБЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫМИ И ИОННЫМИ ПУЧКАМИ

Исследованы спектры термолюминесценции (ТЛ) и ЭПР наноструктурных компактов моноклинного ZrO₂, облученных тремя видами облучения: импульсным потоком 130 кэВ электронов, пучком 10 МэВ электронов, а также пучком ионов 220 МэВ Xe. Облучение образцов 10 МэВ электронами и ионами приводит к образованию в них F⁺ центров. Термическое разрушение указанных центров наблюдается в интервале температур 375–550 К для электронно-облученных и 500–700 К для ионно-облученных компактов. Падение концентрации F⁺ центров связано с опустошением ловушек, ответственных за ТЛ пики в указанном температурном интервале. В образцах, облученных ионным пучком, обнаружены новые парамагнитные центры с g-факторами 1,963 и 1,986, в формировании которых, вероятно, участвуют ионы Zr³⁺ и кислородные вакансии., термическое разрушение происходит в интервале температур 500–873 К.

1. Schulz, U., Leyens, C., Fritscher, K., Peters, M., Saruhan-Brings, B., Lavigne, O., Dorvaux J.-M., Poulain M., Mévrel R., Caliez, M., Some recent trends in research and technology of advanced thermal barrier coatings, Aerosp. Sci. Technol. 7(1) (2003) 73–80, https://doi.org/10.1016/S1270-9638(02)00003-2

2. Wu, J., Wei, X., Padture, N. P., Klemens, P. G., Gell, M., García, E., Miranzo P., Osendi, M. I., Low‐thermalconductivity rare‐earth zirconates for potential thermalbarrier‐coating applications, J. Am. Ceram. Soc. 85(12) (2002) 3031–3035, https://doi.org/10.1111/j.11512916.2002.tb00574.x

3. Arachi, Y., Sakai, H., Yamamoto, O., Takeda, Y., Imanishai, N., Electrical conductivity of the ZrO2–Ln2O3 (Ln=lanthanides) system, Solid State Ion. 121 (1–4) (1999) 133–139, https://doi.org/10.1016/S01672738(98)00540-2

4. Chen, F., Wu, Y. R., Wu, J. M., Zhu, H., Chen, S., Hua, S. B., He, Z.X., Chang, Y.L., Xiao, J., Shi, Y. S., Preparation and characterization of ZrO2-Al2O3 bioceramics by stereolithography technology for dental restorations, Addit. Manuf. 44 (2021) 102055, https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102055

5. Kelly, J. R., Denry, I., Stabilized zirconia as a structural ceramic: an overview, Dent Mater. 24(3) (2008) 289-298, https://doi.org/10.1016/j.dental.2007.05.005

6. Yu, X., Marks, T. J., Facchetti, A., Metal oxides for optoelectronic applications, Nat. Mater. 15(4) (2016) 383– 396, https://doi.org/10.1038/nmat4599

7. Buzynin, A. N., Grishina, T. N., Kiselyov, T. V., Kosuhina, L. A., Kravchenko, N. V., Lomonova, E. E., Panov, V.A., Sidorov, M.S., Trishenkov, M. A., Filachev, A.M., Zirconia-based solid solutions – New materials of photoelectronics, Opt. Mem. Neural Netw. 18(4) (2009) 312–321, https://doi.org/10.3103/S1060992X09040109

8. Costantini, J. M., Beuneu, F., Threshold displacement energy in yttria‐stabilized zirconia, Phys. Status Solidi c 4(3) (2007) 1258–1263, https://doi.org/10.1002/pssc.200673752

9. Evans, B. D., Pogatshnik, G. J., Chen, Y., Optical properties of lattice defects in α-Al2O3, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 91(1-4) (1994) 258–262, https://doi.org/10.1016/0168-583X(94)96227-8

10. Monge, M. A., Gonzalez, R., Santiuste, J. M., Pareja, R., Chen, Y., Kotomin, E. A., Popov, A. I., Photoconversion and dynamic hole recycling process in anion vacancies in neutron-irradiated MgO crystals, Phys. Rev. B 60(6) (1999) 3787, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.3787

11. Zhao, Q., Wang, X., Cai, T., The study of surface properties of ZrO2, Appl. Surf. Sci. 225(1–4) (2004) 7–13, https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00832-8

12. Lokesha, H. S., Chithambo, M. L., A combined study of the thermoluminescence and electron paramagnetic resonance of point defects in ZrO2: Er3+, Radiat. Phys. Chem. 172 (2020) 108767, https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108767

13. Gionco, C., Paganini, M. C., Giamello, E., Burgess, R., Di Valentin, C., Pacchioni, G., Paramagnetic defects in polycrystalline zirconia: an EPR and DFT study, Chem. Mater. 25(11) (2013) 2243–2253, https://doi.org/10.1021/cm400728j

14. Costantini, J. M., Beuneu, F., Gourier, D., Trautmann, C., Calas, G., Toulemonde, M., Colour centre production in yttria-stabilized zirconia by swift charged particle irradiations, J. Phys. Condens. Matter 16(23) (2004) 3957, https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/23/014

15. Orera, V. M., Merino, R. I., Chen, Y., Cases, R., Alonso, P. J., Intrinsic electron and hole defects in stabilized zirconia single crystals, Phys. Rev. B 42(16) (1990) 9782, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.42.9782

16. Nikiforov, S. V., Kortov, V. S., Kazantseva, M. G., Petrovykh, K. A., Luminescent properties of monoclinic zirconium oxide, J. Lumin. 166 (2015) 111–116, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.05.021

17. Nikiforov, S. V., Kortov, V. S., Savushkin, D. L., Vokhmintsev, A. S., Weinstein, I. A. Thermal quenching of luminescence in nanostructured monoclinic zirconium dioxide, Radiat. Meas. 106 (2017) 155–160, https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2017.03.020

18. Marfin, A. Y., Nikiforov, S. V., Ananchenko, D. V., Zyryanov, S. S., Yakovlev, G. A., Denisov, E. I., Thermoluminescence of monoclinic ZrO2 after electron irradiation, AIP Conf. Proc. 2466 (1) (2022) 030012, https://doi.org/10.1063/5.0088867

19. Nikiforov, S. V., Menshenina, A. A., Konev, S. F., The influence of intrinsic and impurity defects on the luminescent properties of zirconia, J. Lumin. 212 (2019) 219–226, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.03.062