GdAlO提高上转换光致发光₃:呃^{3 +},Yb^{3 +}通过Ga荧光粉^{3 +},陆^{3 +}兴奋剂

文摘

GdAlO₃:呃^{3 +},Yb^{3 +}荧光粉掺杂陆^{3 +}乔治亚州^{3 +}通过共同沉淀离子的准备。用遗传算法的影响^{3 +}为艾尔^{3 +}陆和替换^{3 +}对Gd^{3 +}在结构和上转换光致发光(UCPL)荧光粉进行了研究。实验结果表明,水晶材质并没有改变,但通过陆晶格参数发生了微妙的变化^{3 +}乔治亚州^{3 +}兴奋剂。这导致减少主机声子能量和明显提高绿色发射光谱在546海里。此外,大量的表面有限公司₂, ,噢,^{- - - - - -}物种逐渐减少^{3 +}乔治亚州^{3 +}兴奋剂。领导的联合效应与Ga UCPL效率的改善^{3 +},陆^{3 +}兴奋剂。

1。介绍

上转换(加州大学)材料可以吸收两个或三个能量光子将红外光转换成可见光(1,2]。近年来,Ln^{3 +}再版加州大学材料吸引了太多的关注,因为他们的潜在适用性在许多有吸引力的研究领域,如固态激光器、生物成像、太阳能电池、量子点(3- - - - - -9]。众所周知,稀土金属有一个特定的电子结构与不同4 f电子数字,这些是适用于加州大学的过程。在稀土金属,Er^{3 +}有着丰富的4 f级结构,及其长中间状态能级寿命能吸收两个或两个以上的光子实现650年加州大学发光的激发下,808,980,1500 nm波长。然而,Yb^{3 +}拥有大量吸收截面和一个能级相匹配的呃^{3 +}通常是codoped作为敏化剂。Yb^{3 +}可以在980海里,可以吸收能量的能量转移到急诊室吗^{3 +}改善UC光致发光(UCPL)荧光粉效率10- - - - - -12]。

目前,与氧化物荧光粉的基质材料展览UC发光效率高,因为他们的低声子能量,化学稳定性好,温和的合成条件,ecofriendliness。大量的氧化物,如Sr₂首席执行官₄,Bi₂我们₆,NaGdTiO₄,KBaLu(牛叫声₄)₃加州大学发光特性,表现出优秀的先后报告(13- - - - - -16]。我们所知,GdAlO₃属于钙钛矿结构、正交晶系,Pbnm空间群。GdAlO的密度₃7.437 g.cm⁻³,声子能量是670厘米⁻¹,这是有利于UCPL [17]。特别是,声子能量和对称矩阵的UCPL效率有很大的影响。基质材料的声子能量主要是相关矩阵元素的相对原子质量和键长。在这部作品中,钙钛矿的晶格参数GdAlO₃与其他离子取代,如遗传算法^{3 +},陆^{3 +}、调整主材料的声子能量,然后改善GdAlO₃:呃^{3 +},Yb^{3 +}磷UCPL。

2。实验部分

2.1。荧光粉的制备

GdAlO的前兆₃:呃^{3 +},Yb^{3 +}荧光粉掺杂Ga^{3 +}/逻辑单元^{3 +}准备使用共沉淀法[18]。Gd₂O₃(99.99%)、Yb₂O₃(99.99%),Er₂O₃(99.99%)₂O₃(99.99%)和遗传算法₂O₃(99.99%)准备的原料没有进一步净化。这些在加热溶解在稀硝酸,然后所需数量的Al(没有₃)₃h·9₂O和乙醇溶液添加顺序下剧烈搅拌,直到形成一个同质的解决方案在一个45°C水浴。然后1摩尔·L⁻¹NH₄HCO₃水溶液慢慢添加到获得白色沉淀,磁力搅拌的速度2毫升·敏⁻¹。完成沉淀后,浆的最终pH值约为7.5。搅拌器又关掉,在室温下沉淀是成熟12 h。沉淀过滤后,用去离子水冲洗几次。沉淀是干在烤箱120°C 12 h。最后,沉淀是地面和空气中退火在1200°C 6 h得到白色磷样本。

样本的特征使用粉末x射线衍射(XRD)上执行一个力量D8进步衍射仪与铜Kα辐射(λ马在30和40 = 0.154056海里)kV。荧光粉的UCPL光谱记录使用海洋光学plascalc - 2000 - uv - vis - nir等离子体监测和控制系统。荧光粉很兴奋的mdl模型- h - 980 980纳米红外激光器由长春新产业光电技术有限公司,有限公司傅里叶变换红外(ir)吸收光谱被记录下来的那些时光360年采用Nicolet FTIR光谱仪。所有的测量都是在室温下进行。能级图是邓从陶粒复制et al .(2018)(下知识共享归属许可/公共领域][17]。

3所示。结果与讨论

3.1。GdAl : ,荧光粉掺杂

图1介绍了x射线衍射Gd的模式( )O₃: , (x = 0.00, 0.01, 0.03, 0.05)荧光粉。所有的磷光光谱匹配的标准数据钙钛矿GdAlO₃(PDF # 46 - 0395) [19),未发现其他杂质。的模式氧化铝₃: , 磷、荧光粉的光谱峰值后转移到更小的衍射^{3 +}兴奋剂。因为Ga的离子半径^{3 +}(0.0620 nm, CN = 8)更小比^{3 +}(0.0535 nm, CN = 8) (20.),主晶格膨胀,这表明陆^{3 +}离子被成功纳入GdAlO₃主机晶格。微晶的平均大小估计用谢乐公式(21]: D是微晶的平均尺寸,λ是铜的波长Kα线,β半宽度的弧度,然后呢θ是布拉格角。

磷的最强峰在28.6°(β= 0.064)和用于估计微晶的大小用谢乐公式。使用这个程序,准备磷颗粒平均晶粒度2.44 nm的这个过程。

优化的UCPL磷、一系列的样品不同掺杂浓度的Ga^{3 +}是合成,他们UCPL光谱。图2显示所有的Gd ( )O₃: , (x = 0.00, 0.01, 0.03, 0.05)荧光粉有三个主要的排放乐队与最大值在524海里(绿色),546 nm(绿色)和659 nm(红色)兴奋980海里辐射。绿色的发射峰被分配到²H₁₁→⁴我_15/2和⁴年代_3/2→⁴我_15/2转换的呃^{3 +},红色的发射峰是归因于⁴F_9/2→⁴我_15/2过渡的呃^{3 +}(22]。此外,发射峰的位置没有显著变化的替换^{3 +}。显然,明显提高发射光谱与Ga观察到546海里^{3 +}兴奋剂。见图3,当替换Ga的浓度^{3 +}增加到5%,磷的强度比的2.36倍,磷没有任何离子掺杂,而当嘎^{3 +}掺杂浓度增加,强度比红/绿排放显著降低。

确定原因UCPL属性的变化与不同浓度的替换^{3 +}为艾尔^{3 +}Gd、傅立叶变换红外光谱( )O₃: , 荧光粉测试图4。似乎所有的荧光粉吸收峰值为3460厘米⁻¹和1635厘米⁻¹在该地区和不超过1000厘米⁻¹。一方面,吸收低于1000厘米⁻¹是归因于Gd的振动( )O₃主材料,磷矩阵的最大振动吸收峰材料在低波数略有变化方向与Ga的替换^{3 +}为艾尔^{3 +}。具体来说,矩阵振动是670厘米⁻¹没有替换,矩阵振动是665厘米⁻¹替换为5%。结果表明,随Ga的声子能量矩阵^{3 +}兴奋剂,这有利于提高UCPL荧光粉。另一方面,3460厘米的吸收⁻¹和1635厘米⁻¹的伸缩振动引起的哦⁻组织和变形振动的啊(23]。图4显示表面的浓度哦⁻与Ga群体减少^{3 +}兴奋剂,提高UC排放强度,降低了红/绿相对强度。

3.2。GdAl : ,荧光粉掺杂

所有的样品(x射线衍射模式 )氧化铝₃: , (y = 0.00, 0.01, 0.03, 0.05)与不同的掺杂浓度^{3 +}测量显示,如图5。所有的衍射峰可以分配给GdAlO₃(PDF # 46 - 0395),没有检测到衍射峰。然而,当替换的浓度^{3 +}增加到10%甚至25%,荧光粉的XRD谱不再匹配的标准光谱GdAlO吗₃因为离子的半径(= 0.0861 nm和= 0.1053海里)有很大的不同。很难取代Gd^{3 +}大量的陆^{3 +}在同一晶体,因为15%的半径差据Vegard定律(24]。

图6显示了加州大学样品的发射光谱( )氧化铝₃: , (y = 0.00, 0.01, 0.03, 0.05)兴奋在980海里。光谱,发射乐队有三个高峰在524年,546年和656海里,发射峰的位置没有显著变化的替换^{3 +},这种观察是由遗传算法^{3 +}兴奋剂。从图7可以看出绿色发射的强度在546 nm的磷光掺杂5%^{3 +}的2.73倍,磷Gd吗_0.91氧化铝₃: , 。同时,红/绿的强度比与陆排放减少^{3 +}兴奋剂。

图8显示的傅立叶变换红外光谱( )氧化铝₃: , 荧光粉。所有的荧光粉吸收峰值为3460厘米⁻¹(对应的伸缩振动哦⁻组),1635厘米⁻¹(对应的变形振动HOH)和在该地区不超过1000厘米⁻¹(对应主机的振动材料)。首先,主材料的振动逐渐从670厘米⁻¹到663厘米⁻¹替换的陆^{3 +}为艾尔^{3 +}。与此同时,表面的浓度哦⁻组织与陆也减少了^{3 +}掺杂;这是由于稀土金属^{3 +},Gd^{3 +}有丰富的电子结构和他们4 f电子数是不同的,所以他们有相对较高的配位数可能获得协调债券哦^{- - - - - -}。这可以增强绿色排放减少红/绿相对强度。

3.3。UCPL机制

加州大学的发光机制^{3 +}/ Yb^{3 +}-codoped系统很好理解(25,26),可以使用描述能级图如图9从陶粒复制邓小平et al。(2018)下(Creative Commons归因执照/公共领域]。在980 nm,激发下Yb^{3 +}很兴奋的²F_5/2兴奋状态。与此同时,呃^{3 +}很兴奋的⁴我_15/2基态到激发态⁴我₁₁通过从Yb等^{3 +}在²F_5/2状态。因为的生命周期⁴我₁₁Er的状态^{3 +}很长,预计这个激发态的人口可以进一步兴奋到上层的状态吗⁴F_7/2从另一个Yb通过第二个等^{3 +}离子,也在其激发态。在快⁴F_7/2→²H₁₁或²H₁₁→⁴年代_3/2非辐射的风头,激动的^{3 +}返回到⁴我_15/2基态,生产绿色排放在524和546海里的辐射²H₁₁→⁴我_15/2和⁴年代_3/2→⁴我_15/2分别转换。与此同时,一些数量的⁴F_7/2国家放松不辐射的⁴F_9/2状态,红色的发射在659 nm的观察⁴F_9/2→⁴我_15/2过渡。另外,呃^{3 +}在⁴我₁₁激发态与Yb抽第等^{3 +}和可以放松⁴我_13/2水平通过非辐射的放松方式。它可能会被提升到red-emitting⁴F_9/2从另一个Yb水平后第二个等^{3 +}在659海里,还生产红色发射。首先,当磷的声子能量高,激活离子的激发态可以与主晶格振动声子耦合,这导致非辐射的转换概率的增加激活离子的激发态回到基态。因此,加州大学效率显著降低。否则,从原理图,这是见过的⁴我₁₁→⁴我_13/2和⁴年代_3/2→⁴F_9/2非辐射的过渡的呃^{3 +}扮演一个关键的角色在决定绿色排放强度和红色变为绿色的比率UCPL发射光谱。在我们以前的工作(17,19),我们表明,能源缺口⁴我₁₁→⁴我_13/2和⁴年代_3/2→⁴F_9/2的呃^{3 +}大约是3600厘米⁻¹和3140厘米⁻¹;这些值的振动频率接近哦⁻(3460厘米⁻¹)。减少哦⁻浓度对降低磷有明显影响⁴我₁₁→⁴我_13/2和⁴年代_3/2→⁴F_9/2非辐射的转换。因此,在659海里的红色发光⁴F_9/2→⁴我_15/2过渡是预防,和主要绿色发射增强。因此,红/绿发射率随浓度的降低哦⁻在荧光粉。

4所示。结论

的GdAlO₃:呃^{3 +},Yb^{3 +}荧光粉,艾尔^{3 +}和Gd^{3 +}由遗传算法代替^{3 +}和陆^{3 +}分别是准备通过共同沉淀。所有的样品有三个发射频带高峰在524年,545年和656海里,发射峰的位置没有变化显著的替代^{3 +}和陆^{3 +}。明显提高发射光谱与Ga观察到546海里^{3 +}和陆^{3 +}兴奋剂。Ga的荧光粉掺杂5%^{3 +}和陆^{3 +}的优势,分别为2.36和2.73倍Gd的力量_0.91氧化铝₃: , 磷,红/绿发射的强度比和Ga的增加减少^{3 +}和陆^{3 +}掺杂浓度。影响因素的改善UCPL荧光粉进行了讨论。一方面,水晶材质并没有改变,但通过陆晶格参数发生了微妙的变化^{3 +}和遗传算法^{3 +}兴奋剂,这导致宿主的声子能量减少。另一方面,表面的浓度哦⁻组下降与陆^{3 +}和遗传算法^{3 +}兴奋剂,这提高了主要发射峰强度和减少红/绿的相对强度。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财务支持的青年科技人员增长贵州教育部门(肯塔基州的基础273年,肯塔基州283),贵州科技部门的联合科技基金,安顺市人民政府,安顺大学(LH7271)。

补充材料

所有的GdAlO₃:呃^{3 +},Yb^{3 +}荧光粉,艾尔^{3 +}由遗传算法代替^{3 +}有三个主要的排放乐队与最大值在524海里(绿色),546 nm(绿色),659海里(红色)兴奋980海里辐射。绿色的发射峰被分配到²H₁₁→⁴我_15/2和⁴年代_3/2→⁴我_15/2转换的呃^{3 +},红色的发射峰是归因于⁴F_9/2→⁴我_15/2过渡的呃³。此外,发射峰的位置没有显著变化的替换^{3 +}。显然,明显提高发射光谱与Ga观察到546海里^{3 +}兴奋剂。(补充材料)

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