Effect of Thermal Preannealing on Fluorescence, Thermostimulated Luminescence and Cathodoluminescence of CaSO4 Doped with Europium

Abstract

This study addresses the important influence of air thermal preannealings (500–1150 °C) on the emissions of Eu2+ and Eu3+ ions in CaSO4 samples doped with various Eu concentrations (10–2000 ppm) and synthesized under oxidizing conditions. The characteristics of optical excitation, optical absorption, fluorescence and cathodoluminescence spectra are given before and after the annealings. The role of UV, X-ray or electron irradiation is discussed. An irreversible conversion Eu3+ → Eu2+ is obtained beyond 600–900 °C, even for low Eu concentrations (<50 ppm). There exists an intense change in the ratio of Eu2+/Eu3+ emissions at about 25–100 ppm. Moreover, the present paper shows again how careful one must be with the interpretation of the presence of Eu2+ in CaSO4:Eu when considering cathodoluminescence results only. Two types of Eu2+ centres seem to be obtained in CaSO4:Eu3+ by thermal preannealings and/or under ionizing (X-ray, cathode-ray) irradiations. Cette étude révèle l'importance des recuits thermiques (500–1150 °C) sous air du CaSO4:Eu sur les émissions des ions Eu2+ et Eu3+, pour des échantillons synthétisés dans des conditions oxydantes et pour différents dopages compris entre 10 et 2000 ppm. Les spectres d'excitation optique, d'absorption optique, de fluorescence et de cathodoluminescence sont donnés avant et après recuit. Le rôle des excitations UV, X ou électronique est souligné. On confirme une conversion irréversible Eu3+ → Eu2+ en fonction de la température du recuit (sous air), principalement dans l'intervalle 600–900 °C, et cela même pour de très faibles dopages (< 50 ppm). Il existe une forte variation du rapport des émissions Eu2+/Eu3+ autour de 25–100 ppm. De plus ce travail indique de nouveau qu'il faut être prudent dans l'interprétation de la présence d'ions Eu2+ dans CaSO4:Eu au vu des seuls spectres de cathodoluminescence. Deux types de centres Eu2+ semblent se former dans CaSO4:Eu3+ après prérecuit thermique et/ou irradiation ionisante (X, rayonnement cathodique).