Crystallization and Investigation of the Structural and Optical Properties of Ce3+-Doped Y3−xCaxAl5−ySiyO12 Single Crystalline Film Phosphors

This work is devoted to the crystallization and investigation of the optical properties of single crystalline films (SCFs) of Ce3+-doped Y3−xCaxAl5−ySiyO12 garnet, where the content of Ca2+ and Si4+ cations varied in the x = 0.13–0.52 and y = 0.065–0.5 ranges, respectively. The SCF samples were grown using the liquid phase epitaxy technique onto Y3Al5O12 substrates from the melt solution with equimolar Ca and Si content using PbO-B2O3 flux. However, the Ca and Si concentration in Y3−xCax Al5−ySiyO12:Ce SCFs is not equal: the Ca2+ content was systematically larger than that of Si4+, and the Ca2+ excess is compensated for by the Ce4+ ion formation. The absorption, scintillation, and luminescent properties of Y3−xCaxAl5−ySiyO12:Ce SCFs with different Ca/Si concentrations were investigated and compared with the sample of YAG:Ce SCF. Due to the creation of Ce4+ ions, the as-grown Y3−xCaxAl5−ySiyO12:Ce SCFs show relatively low light yield (LY) under α–particle excitation but a fast scintillation response with a decay time in the ns range. After SCF annealing in the reducing (N2 + H2) atmosphere at T > 1000 °C, the recharging of Ce4+→Ce3+ ions occurs. Furthermore, the samples annealed at 1300 °C SCF possess an LY of about 40% in comparison with the reference YAG:Ce SCF and scintillation decay kinetics much closer to that of the SCF counterpart. Due to Ca2+ and Si4+ alloying, the Ce3+ emission spectra in Y3−xCaxAl5−ySiyO12 SCFs are extended to the red range in comparison with the spectra of YAG:Ce SCF. Such an extension is caused by the Ce3+ multicenter formation at the substitutions of both Y3+ and Ca2+ dodecahedral positions in the hosts of these mixed garnets

Single Crystalline Films of Ce3+-Doped Y3MgxSiyAl5−x−yO12 Garnets: Crystallization, Optical, and Photocurrent Properties

This research focuses on LPE growth, and the examination of the optical and photovoltaic properties of single crystalline film (SCF) phosphors based on Ce3+-doped Y3MgxSiyAl5−x−yO12 garnets with Mg and Si contents in x = 0–0.345 and y = 0–0.31 ranges. The absorbance, luminescence, scintillation, and photocurrent properties of Y3MgxSiyAl5−x−yO12:Ce SCFs were examined in comparison with Y3Al5O12:Ce (YAG:Ce) counterpart. Especially prepared YAG:Ce SCFs with a low (x, y 1000 °C in a reducing atmosphere (95%N2 + 5%H2). Annealed SCF samples exhibited an LY of around 42% and similar scintillation decay kinetics to those of the YAG:Ce SCF counterpart. The photoluminescence studies of Y3MgxSiyAl5−x−yO12:Ce SCFs provide evidence for Ce3+ multicenter formation and the presence of an energy transfer between various Ce3+ multicenters. The Ce3+ multicenters possessed variable crystal field strengths in the nonequivalent dodecahedral sites of the garnet host due to the substitution of the octahedral positions by Mg2+ and the tetrahedral positions by Si4+. In comparison with YAG:Ce SCF, the Ce3+ luminescence spectra of Y3MgxSiyAl5−x−yO12:Ce SCFs greatly expanded in the red region. Using these beneficial trends of changes in the optical and photocurrent properties of Y3MgxSiyAl5−x−yO12:Ce garnets as a result of Mg2+ and Si4+ alloying, a new generation of SCF converters for white LEDs, photovoltaics, and scintillators could be developed

Скоростное шлифование высоколегированных композитов для деталей трения печатной техники

У статті наведено результати експериментального дослідження процесів швидкісного шліфування поверхонь деталей тертя з високолегованих композитів для друкарської техніки. Вперше у науковій та технологічній практиці досліджено технологічні процеси швидкісного ельборового шліфування нових високолегованих композиційних сплавів на основі інструментальних сталей та шліфувальних відходів кольорових сплавів з нікелю та алюмінію. Показано, що основні закономірності швидкісного ельборового шліфування високолегованих композитів з шламових відходів інструментальних сталей, нікелевих та алюмінієвих матеріалів співпадають з фундаментальними основами теорії шліфування матеріалів. Доведено, що на параметри якості поверхні Rа та параметр продуктивності швидкісного шліфування нових зносостійких високолегованих композитів суттєво впливають зернистість, матеріал зв’язки ельборового кругу та режимів різання при шліфуванні. Найкращі показники параметра Ra, які задовольняють високі вимоги до робочих поверхонь деталей тертя, забезпечують шліфувальні круги з ельбору ЛО зернистістю 14-28 мкм на бакелітно-гумовій зв’язці та регламентовані режими різання. Показано переваги обробки поверхонь ельборовими кругами. Розроблено рекомендації з вибору режимів різання для швидкісного ельборового шліфування деталей тертя різного технологічного призначення, що виготовляються з нових високолегованих композиційних сплавів на основі шліфувальних відходів інструментальних сталей, нікелю та алюмінію і, які забезпечують вимоги отримання необхідних параметрів шорсткості поверхні та продуктивності технологічних процесів.The results of experimental study of high-speed grinding surfaces processes of friction parts made from high friction composites for printing equipment are presented in the article. Processes of high-speed elbor grinding of new high-composite-based alloys and tool steel and grinding waste of nonferrous alloys of nickel and aluminum were investigated for the first time in the scientific and technological practices. It have been shown that the basic regularities of high-speed elbor grinding of high-composites from sludge waste of tool steels, nickel and aluminum matrials coincide with the fundamentals of grinding materials theory. It was proved that the granularity, material of elbor circle bunch and grinding cutting conditions affect on the surface parameter Ra quality and on the processing performance parameters of high-speed grinding of new wear-resistant high-composites. Elbor grinding wheels whit granularity 14-28 microns on bakelitno-regulated rubber bond and cutting conditions provide the best performances of parameter Ra, which satisfy the high demands to the working surfaces of friction parts. The advantages of surface treatment by elbor wheels have been shown. It was developed the recommendations on the choice of cutting conditions for elbor high-speed grinding of friction parts for various technological purposes, which are made from new heavily doped composite alloys which are based on the grinding waste of tool steels, nickel and aluminum. This materials provide the necessary requirements of surface roughness and productivity processes.В статье приведены результаты экспериментального исследования процессов скоростного шлифования поверхностей деталей трения из высоколегированных композитов для полиграфической техники. Впервые в научной и технологической практике исследовано технологические процессы скоростного эльборового шлифования новых высоколегированных композитных сплавов на основе инструментальных сталей и шлифовальных отходов цветных сплавов из никеля и алюминия. Показано, что основные закономерности скоростного эльборового шлифования высоколегированных композитов из шламовых отходов инструментальных сталей, никелевых и алюминиевых материалов совпадают с фундаментальными основами теории шлифования материалов. Доказано, что на параметр качества поверхности обработки Ra и параметры производительности скоростного шлифования новых износостойких высоколегированных композитов существенно влияют зернистость, материал связки эльборового круга и режимы резания при шлифовании. Наилучшие показатели параметра Ra, которые удовлетворяют высокие требования к рабочим поверхностям деталей трения, обеспечивают шлифовальные круги из эльбора ЛО зернистостью 14-28 мкм на бакелитно-резиновой связке и регламентированные режимы резания. Показаны преимущества обработки поверхностей эльборовыми кругами. Разработаны рекомендации по выбору режимов резания для скоростного эльборового шлифования деталей трения различного технологического назначения, которые изготовляются из новых высоколегированных композиционных сплавов на основе шлифовальных отходов инструментальных сталей, никеля и алюминия, которые обеспечивают требования необходимых параметров шероховатости поверхности и продуктивности технологических процессов

Контроль наклепа деталей трения полиграфических машин из износостойких композиционных материалов в условиях сверхтонкой отделочно-абразивной обработки

У статті наведені результати дослідження параметрів наклепу за допомогою нового методу – He-Ne лазерним потоком з аналізом форми магнітного поля по напруженості його горизонтальної і вертикальної складових при тонкій фінішній алмазно-абразивній обробці поверхонь деталей тертя з високозносостійких композиційних матеріалів на основі інструментальних сталей, а також на основі нікелю. Показано, що на форму магнітного поля суттєво впливають методи фінішної обробки (тонке алмазно-абразивне шліфування, прецизійна машинна доводка, суперфініш, хонінгування), режими різання нових композитів і параметри абразивного інструменту. Встановлені залежності параметрів магнітного поля від технологічних факторів процесу різання робочих поверхонь тертя деталей з нових композитів на основі нікелю та інструментальних сталей.The results of the research of cold work hardening with a help of the new method – He-Ne laser stream are presented in this article. Also were presented the analysis results of magnetic field form on its horizontal and vertical components of strength after thin finishing diamond-abrasive surface treatment of highly wear of friction parts made from high wear resistant composite materials on the base of the tool steels and nickel. It were shown that the form of the magnetic field significantly influence the methods of finishing treatment (thin diamond abrasive grinding, precision lapping machine, superfinish, honing-procession), cutting parameters and parameters of abrasive instrument. The dependences the influence on the parameters of the magnetic field on the technological factors of cutting process of work friction surfaces of parts from new composites on the base of nickel and tool steels.В статье приведены результаты исследования параметров наклепа с помощью нового метода – He-Ne лазерным потоком с анализом формы магнитного поля по напряженности его горизонтальной и вертикальной составляющей при тонкой финишной алмазно-абразивной обработке поверхностей деталей трения из высокоизносостойких композиционных материалов на основе инструментальных сталей, а также на основе никеля. Показано, что на форму магнитного поля существенно влияют методы финишной обработки (тонкое алмазно-абразивное шлифование, прецизионная машинная доводка, суперфиниш, хонингование), режимы резания новых композитов и параметры абразивного инструмента. Установлены зависимости параметров магнитного поля от технологических факторов процесса резания рабочих поверхностей трения деталей из новых композитов на основе никеля и инструментальных сталей

Luminescence of tris (8-hydroxyquinoline) aluminium thin films under synchrotron radiation excitation

Tris (8-hydroxyquinoline) aluminium (Alq3) thin layers using the conventional spectral methods (cathodoluminescence and photoluminescence), as well as the advanced time-resolved luminescent spectroscopy under excitation by the synchrotron radiation in the fundamental absorption edge of this material. The Alq3 films with a thickness of 100–300 nm were deposited by the PVD (Physical Vapor Deposition) method on silicon substrates. The structural properties of Alq3 layers were studied using scanning electronic microscopy and X ray diffraction. The structure of the luminescence spectra of the Alq3 layer in the green-yellow range at 10 K and 300 K confirms the complex structure of the emission centers of this material, associated with the internal fast radiation transitions in the Al3+ molecule surrounded by three 8-hydroxynoline ligands. It has been determined the energy of creation of excitons associated with Alq3 green emission centers, which has been equal to 6.78 eV and 6.86 eV at 10 K and 300 K, respectively

Development of Tb_1.5Gd_1.5Al₅O₁₂:Ce Single-Crystalline Film Converters for WLED Using a Liquid Phase Epitaxy Growth Method

The investigation of the structural, luminescent and photoconversion properties (color coordinates, correlated color temperature, color rendering index and luminous efficacy) of the single-crystalline films of Ce3+-doped Tb1.5Gd1.5Al5O12:Ce mixed garnet with variable film thickness was performed in this work. These film converters were grown on undoped Y3Al5O12 substrates using the liquid phase epitaxy technique. When combined directly with blue LEDs that were commercially available in the market, the developed garnet film converters were responsible for producing white light. The trend line on the color coordinate diagram was obtained for the first time for the Tb1.5Gd1.5Al5O12:Ce converters with the systematic variation in film thickness in the range of 45–82 µm. Under 464 nm blue LED excitation, the investigated converters with a thickness of 55 µm resulted in an ideal white color

Thermoluminescent Properties of Cerium-Doped Lu2SO5 and Y2SiO5 Single Crystalline Films Scintillators Grown from PbO-B2O3 and Bi2O3 Fluxes

In this work we show the influence of material preparation technology on the thermoluminescent properties of single crystalline films (SCFs) of Ce3+-doped Lu2SiO5 (LSO) and Y2SiO5 (YSO) orthosilicates. LSO:Ce and YSO:Ce SCFs were grown by the liquid phase epitaxy method from two different melt-solutions based on PbO-B2O3 and Bi2O3 fluxes. Absorption, cathodoluminescence, and thermoluminescent properties of LSO:Ce and YSO:Ce SCFs grown from the two previously mentioned types of fluxes were compared, and results of spectrally resolved thermoluminescence measurements and thermoluminescent glow curves of SCFs recorded in different spectral ranges were presented. We have found that the observed differences in thermoluminescent properties of the SCFs under study can be caused by the domination of Ce4+ and Pb2+ emission centers in LSO:Ce and YSO:Ce SCFs grown using PbO-B2O3 flux, and Ce3+ and Bi3+ emission centers in the SCFs grown from Bi2O3 flux

Development of the Composite Thermoluminescent Detectors Based on the Single Crystalline Films and Crystals of Perovskite Compounds

This work is dedicated to the development of new types of composite thermoluminescent detectors based on the single crystalline films of Ce-doped GdAlO3 perovskite and Mn-doped YAlO3 and (Lu0.8Y0.2)AlO3:Mn perovskites as well as Ce and Pr-doped YAlO3 single crystal substrates. These detectors were obtained using the Liquid Phase Epitaxy growth method from the melt solution based on the PbO-B2O3 fluxes. Such composite detectors can by applied for the simultaneous registration of different components of mixed ionization fluxes using the differences between the thermoluminescent glow curves, recorded from the film and crystal parts of epitaxial structures. For creation of the new composite detectors, we considered using, for the film and crystal components of epitaxial structures (i) the different perovskite matrixes doped with the same type of activator or (ii) the same perovskite host with various types of activators. The thermoluminescent properties of the different types of epitaxial structures based on the abovementioned films and crystal substrates were examined in the conditions of β-particles and X-ray excitation with aim of determination of the optimal combination of perovskites for composite detectors. It was shown that, among the structures with all the studied compositions, the best properties for the simultaneous thermoluminescent detection of α- and X-rays were the GdAlO3:Ce film/YAlO3:Ce crystal epitaxial structure

LPE Growth of Composite Thermoluminescent Detectors Based on the Lu3−xGdxAl5O12:Ce Single Crystalline Films and YAG:Ce Crystals

This work is dedicated to the development of new types of composite thermoluminescent (TL) detectors for simultaneous registration of the different components of ionization radiation based on the single crystalline films (SCFs) of Ce3+-doped Lu3−xGdxAl5O12:Ce (x = 0–1.5) garnet and Y3Al5O12:Ce (YAG:Ce) substrates using the liquid phase epitaxy (LPE) growth method. For this purpose, the TL properties of the mentioned epitaxial structures were examined in Risø TL/OSL-DA-20 reader under excitation by α- and β-particles from 242Am and 90Sr-90Y sources. We have shown that the cation engineering of SCF content can result in more significant separation of the TL glow curves of SCFs and substrates under α- and β-particle excitations in comparison with the prototype of such composite detectors based on the Lu3Al5O12:Ce (LuAG:Ce)/YAG:Ce epitaxial structure. Specifically, the difference between the TL glow curves of Lu1.5Gd1.5Al5O12:Ce SCFs and YAG:Ce substrates increases up to 120 K in comparison with a respective value of 80 degrees in the prototype based on the LuAG:Ce/YAG:Ce epitaxial structure. Therefore, the LPE-grown epitaxial structures containing Lu1.5Gd1.5Al5O12:Ce SCFs and Ce3+-doped YAG:Ce substrate can be successfully applied for simultaneous registration of α- and β-particles in mixed fluxes of ionization radiation

Розробка імітаційної моделі розрахунку трудомісткості додрукарського процесу виготовлення книг з аудіосупроводом

The object of research is preprint processes for the manufacture of audiobooks. The analytical and experimental studies reported here are based on the application of the methodology for devising a simulation model for calculating the complexity of preprint processes in the production of printed books with sound applications. The basic assumption of the study is that the use of simulation will contribute to the improvement of calculations of the complexity of preprint processes for making audiobooks. This cannot be achieved without analyzing the factors influencing the convenience of perception of textual and sound information and establishing the objective function of mutual influence of the text of the publication and audio. A methodology has been proposed for calculating the complexity of the preprint process of making audiobooks based on the developed algorithm of the technological process, mathematical representation of the structural model, as well as its components. It is shown that the process of creating audio accompaniment is affected by the content of printed pages, font design parameters, the selected format of page assembly, and the presence of illustrations. Based on the obtained expert assessments, a hierarchical representation of factors influencing the convenience of information perception is built; the interaction of parameters at different technological stages is described. The dependence of the complexity of the process of making audiobooks on the volume of the book edition in the accounting and publishing sheets, the size and capacity of the font, as well as the speed of sound recording of the printed text, has been established. It is determined that with an increase in font capacity within 200...1000 thousand characters, the calculated labor intensity increases by 5 % to 20 %. The largest limits of changes in the complexity of creating an audio accompaniment are 9 %, at the stage of processing graphic information – 50 %Об’єктом дослідження є додрукарські процеси виготовлення книг з аудіосупроводом. Проведені аналітичні та експериментальні дослідження ґрунтуються на застосуванні методики розроблення імітаційної моделі розрахунку трудомісткості додрукарських процесів виготовлення друкованих книг зі звуковими додатками. Основне припущення дослідження полягає в тому, що використання імітаційного моделювання сприятиме удосконаленню розрахунків трудомісткості додрукарських процесів виготовлення книг з аудіосупроводом. Цього неможливо досягнути без аналізу факторів впливу на зручність сприйняття текстової й звукової інформації та встановлення цільової функції взаємовпливу тексту видання та аудіосупроводу. Запропоновано методику розрахунку трудомісткості додрукарського процесу виготовлення книг з аудіосупроводом на основі розробленого алгоритму технологічного процесу, математичного представлення структурної моделі та її компонентів. Показано, що на процес створення аудіосупроводу впливає місткість друкованих сторінок, параметри шрифтового оформлення, обраний формат сторінок складання, наявність ілюстрацій. На основі визначених експертних оцінок побудовано ієрархічне представлення факторів впливу на зручність сприйняття інформації, описано взаємодію параметрів на різних технологічних етапах. Встановлено залежності трудомісткості процесу виготовлення книг з аудіосупроводом від обсягу книжкового видання в обліково-видавничих аркушах, кегля та місткості шрифту, швидкості звукозапису друкованого тексту. Визначено, що зі збільшенням місткості шрифту у межах 200…1000 тис. знаків, розрахована трудомісткість зростає від 5 % до 20 %. Збільшувальні межі змін трудомісткості створення аудіосупроводу складають 9 %, етапу обробки графічної інформації 50