В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Стрелковой Асель Викторовны на тему «Люминесцентные свойства керамики на основе фторидов металлов» по образовательной программе «8D05323 – Техническая физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Технической физики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Убаев Жигер Картбаевич – доктор философии (PhD), старший преподаватель кафедры физики Актюбинского регионального университета имени К. Жубанова, г. Актобе, Республика Казахстан;
Ускенбаев Данияр Есанкулович – доктор философии (PhD), Казахский агротехнический исследовательский университет имени С. Сейфуллина, ассоциированный профессор кафедры «РЭТ» «Радиотехника, электроника и телекоммуникации», г. Астана, Республика Казахстан.
Временные члены Диссертационного совета:
Каргин Джумат Бейсембекович – кандидат физико-математических наук, профессор кафедры «Техническая физика» ЕНУ имени Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан;
Омарова Гульден Сериковна - доктор философии (PhD), заведующая кафедрой физики и нанотехнологий Карагандинского национального исследовательского университета имени академика Е.А. Букетова, г. Караганда, Республика Казахстан;
Балтабеков Асхат Секербаевич – кандидат физико-математических наук, PhD, заместитель декана по научной работе, ассоциированный профессор кафедры физики и нанотехнологий Карагандинского университета имени Е.А. Букетова, г. Караганда, Республика Казахстан.
Научные консультанты:
Жунусбеков Амангельды Магмурович – к.ф.-м.н., доцент кафедры «Техническая физика» ЕНУ имени Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан;
Лисицын Виктор Михайлович - доктор физико-математических наук, профессор, Томского политехнического университета, г. Томск, Российская Федерация.
Защита состоится: 26 декабря 2025 года 14:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05323 – Техническая физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в офлайн и онлайн формате.
Ссылка: https://share.kz/gt0y
Адрес: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, №3 оқу ғимараты № 310 аудиторияда
Аннотация (рус.): Цель диссертационного исследования. Целью диссертационной работы является синтез и комплексное исследование структуры и люминесцентных свойств керамических материалов на основе металлических фторидов, активированных вольфрамом, полученных методом радиационного синтеза, а также оценка эффективности преобразования энергии возбуждения в люминесценцию, в том числе при синхротронном возбуждении. Задачи исследования. Для достижения цели диссертационной работы были поставлены и решены следующие задачи: 1. Синтез образцов керамических материалов на основе металлических фторидов BaF₂, MgF₂, BaMgF₄, активированных ионами вольфрама, при варьировании технологических параметров процесса. 2. Провести структурные исследования синтезированных материалов, определить фазовый состав, морфологию и особенности внедрения вольфрама в кристаллическую решётку. 3. Исследовать зависимость спектрально-кинетические характеристики люминесценции синтезированной керамики BaF₂, MgF₂, BaMgF₄ от условий и режимов облучения, подготовки исходной смеси. 4. Изучить влияние термического отжига образцов керамики на люминесценцию. Исследовать природу люминесценции керамики BaMgF₄ при синхротронном возбуждении в диапазоне вакуумного ультрафиолетового излучения, определить механизмы перенос энергии, идентифицировать вклады межзонных переходов, STE и дефектных центров. Оценить перспективу использования этого материала в детекторах ВУФ-излучения. Методы исследования. В настоящей работе для синтеза керамики из тугоплавких неорганических материалов был задействован экспериментальный стенд на основе ускорителя ЭЛВ-6 Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (Новосибирск). В данной работе керамика на основе фторидов металлов (BaF₂, MgF₂, BaMgF₄) была получена методом радиационного синтеза, при котором использовалось воздействие потока высокоэнергетических электронов с энергией 1,4 МэВ и плотностью мощности 14–20 кВт/см². Облучение образцов проводилось при атмосферном давлении и высоких температурах, что способствовало формированию плотной структуры без введения дополнительных примесей. Следующими этапами являются: Исследование структуры и морфологии: анализ поверхности с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM), определение элементного состава методом энергодисперсионной спектроскопии (EDS), рентгенофазовый анализ (XRD) для идентификации кристаллической структуры с помощью растрового электронного микроскопа JSM-IT 200 и сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA 3 Изучение люминесцентных свойств: регистрация спектров фотолюминесценции и катодолюминесценции, исследование кинетики свечения, анализ спектров при возбуждении вакуумным ультрафиолетовым (ВУФ) излучением. Исследование кристаллической структуры полученных образцов помощью рентгеноструктурный анализ (рентгеновский дифрактометр D8 ADVANCE ECO); Изучение люминесцентных свойств: регистрация спектров фотолюминесценции и катодолюминесценции, исследование кинетики свечения, анализ спектров при возбуждении вакуумным ультрафиолетовым (ВУФ) излучением. Исследование влияния термического отжига: оценка изменений в люминесцентных свойствах образцов после термообработки с помощью муфельной печи; Основные положения, выносимые на защиту. 1. Метод радиационного синтеза позволяет эффективному встраиванию ионов вольфрама в решетку керамики на основе BaMgF₄. Введённые активаторы (W) в кристаллическую решётку BaMgF₄ создают высокоэффективные люминесцентные центры. 2. Термический отжиг неизменно повышает интенсивность люминесценции за счет миграции ионов W из межзеренного пространства в узлы кристаллической решетки, тем самым оптимизируются центры излучения и энергетический выход. 3. При ВУФ-синхротронном возбуждении (T=9 K) люминесценция BaMgF₄ определяется сопряжением межзонных, автолокализованных экситонных и дефект-индуцированных переходов. Пики возбуждения 6,45–8 эВ и 9,7–10,3 эВ определяют каналы эффективного переноса энергии. Описание основных результатов исследования. В результате проведённого исследования были синтезированы керамические материалы на основе фторидов металлов (BaF₂, MgF₂, BaMgF₄) методом радиационного синтеза при воздействии потока высокоэнергетических электронов с энергией 1,4 МэВ и плотностью мощности 14–20 кВт/см². Морфологический анализ с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) показал, что средний размер зерен синтезированной керамики составляет 500–800 нм, а пористость не превышает 5%, что подтверждает её высокую плотность. Элементный анализ методом энергодисперсионной спектроскопии (EDS) выявил равномерное распределение компонентов в кристаллической структуре, а рентгенофазовый анализ (XRD) подтвердил формирование фаз BaF₂, MgF₂ и BaMgF₄ без значительных посторонних включений. Исследование люминесцентных свойств при возбуждении вакуумным ультрафиолетовым (ВУФ) излучением с энергией 10,6 эВ выявило наличие интенсивного свечения в диапазоне 220–450 нм с максимумами на 270 нм, 310 нм и 390 нм, что свидетельствует о наличии эффективных центров люминесценции. Анализ кинетики свечения показал наличие двух временных компонентов: быстрой (τ₁ ≈ 5–10 нс), связанной с рекомбинацией электронных состояний, и медленной (τ₂ ≈ 200–250 мкс), обусловленной дефектными центрами. Дополнительно проведённый термический отжиг при 1000°C в течение 1 часа показал, что интенсивность люминесценции увеличивается на 30–40%, что связано с уменьшением концентрации структурных дефектов и перераспределением активных центров. Квантово-химическое моделирование в рамках метода функционала плотности (DFT) подтвердило, что введение активаторов (например, ионов W⁶⁺) приводит к сужению ширины запрещённой зоны на 0,2–0,3 эВ и изменению локальных состояний вблизи уровней проводимости. Таким образом, полученные экспериментальные и теоретические результаты демонстрируют, что радиационный синтез позволяет создавать керамические материалы с высокой люминесцентной эффективностью, что делает их перспективными для применения в сцинтилляционных детекторах и оптоэлектронных приборах, работающих в диапазоне вакуумного ультрафиолетового излучения. Обоснование новизны и важности полученных результатов. - Впервые установлена возможность радиационного синтеза керамики для люминофоров на основе сложных фторидов щелочноземельных металлов BaxMg(2-x)F4. Использование радиационного синтеза позволяет вводить ионы вольфрама в качестве активатора без применения дополнительных веществ, что недостижимо при традиционном термическом методе. - Предложено и экспериментально обосновано новое окно параметров электронно-лучевого синтеза на установке ELV-4 (E≈1.3 МэВ, плотность мощности ~45 Вт/см², экспозиция ~180 мин) в сравнении с ранее описанными экстремально импульсными режимами ELV-6 (E≈1.4 МэВ, 20–25 кВт/см², ~1 с), что расширяет технологические возможности формирования фторидных керамик. - Выполнены комплексные исследования спектрально-кинетических и количественных характеристик люминесценции керамики BaxMg(2-x)F4, впервые синтезированной методом прямого радиационного синтеза из смеси металлических фторидных порошков. Проведённые комплексные исследования спектрально-кинетических и количественных характеристик люминесценции впервые полученной радиационным методом керамики BaxMg(2-x)F4 подтвердили эффективность нового подхода. Полученные результаты важны для дальнейшего развития радиационных технологий в материаловедении, а также для практического использования в создании новых источников света, оптических материалов и функциональных покрытий. Следует ожидать, что полученные в данной диссертационной работе результаты будут обладать несомненной новизной и могут использоваться в качестве люминофоров для применения в светодиодах. А также, обладают высоким потенциалом в качестве сцинтилляционных материалов. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам. Диссертационное исследование соответствует приоритетному направлению «Новые материалы и технологии, безопасные изделия и конструкции» и специализированному научному направлению «Радиационные технологии и материалы для энергетики и оптоэлектроники». Полученные результаты по радиационному синтезу фторидной керамики и исследованию её люминесцентных свойств согласуются с задачами Государственной программы по развитию науки и технологий, ориентированной на создание инновационных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками и расширение применения радиационных технологий в промышленности. Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 8 печатных работах, которые соответствуют теме диссертационной работы. Из них 3 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в базу Scopus и Web of Science, 2 статьи в изданиях, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования МНВО РК, 3 тезисов и докладов в Международных научных конференциях. Список опубликованных статьей: 1. A. M. Zhunusbekov, A. V. Strelkova, Zh. T. Karipbayev, K. K. Kumarbekov, A. Akilbekov, R. N. Kassymkhanova, M. T. Kassymzhanov, Y. Smortsova, A, I. Popov Luminescence Investigation of BaMgF4 Ceramics Under VUV Synchrotron Excitation //Crystals. – 2025. – Т. 15. – №. 2. – С. 127. (Quartile – Q2, IF-2,4); 2. V. M. Lisitsyn, D. A. Musakhanov, T. G. Korzhneva, A. V. Strelkova, L. A. Lisitsyna, M. G. Golkovsky, A. M. Zhunusbekov, J. T. Karipbaev, A. L. Kozlovsky Synthesis and Characterization of Ceramics BaxMg (2–x)F4 Activated by Tungsten //Glass Physics and Chemistry. – 2023. – Т. 49. – №. 3. – С. 288-292. (Quartile – Q3, IF-0,3); 3. V. M. Lisitsyn, V. A. Vaganov, G. K. Alpyssova, E. V., Kaneva, L. A. Lisitsyna, A. V. Strelkova, I. P., Denisov Radiation synthesis of barium magnesium fluoride activated by tungsten ceramics: structure and luminescence //Eurasian Physical Technical Journal. – 2024. – Т. 21. – №. 4.4. (Quartile – Q4, IF-0,64); Вклад соискателя в подготовку данных статьей: Все экспериментальные данные, представленные в диссертационном исследовании, были получены автором самостоятельно при содействии сотрудников кафедры лазерной и световой техники Томского политехнического университета, а также лаборатории разработки промышленных ускорителей Института ядерной физики в Сибирском отделении Российской академии наук. Проделана тщательная проверка существующей литературы по заданной теме исследования. Обработка и интерпретация полученных результатов были осуществлены в сотрудничестве с научными руководителями. А также, написание оригинального черновика с соблюдением требований научных публикаций.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=7ep3NPYxYoo
