Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La<sub>2</sub><italic style="font-style: italic">A</italic>TiO<sub>6</sub>（<italic style="font-style: italic">A</italic>=Mg, Zn） Phosphor

WEN Yi-nuo; ZHOU Liu-yan; CHEN Yan-ling; LIN Jian-hua; FU Jie; CHEN Shu-yang; HAN Ming-xiao; LI Jie; DENG De-gang; CHEN Liang

doi:10.37188/CJL.20220099

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La₂ATiO₆（A=Mg, Zn） Phosphor

Synthesis and Properties of Materials | 更新时间：2023-10-27

- Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La₂ATiO₆（A=Mg, Zn） Phosphor
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 43, Issue 10, Pages: 1552-1563(2022)
- 作者机构：
  
  中国计量大学光电材料与器件研究所，浙江杭州　310018
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52172164);the Fundamental Research Funds for the Provincial Universities of Zhejiang(2020YW21;2020YW23;2019YW03;2020YW31)
- DOI：10.37188/CJL.20220099
  CLC： O482.31
- Received：23 March 2022，
  
  Revised：11 April 2022，
  
  Published：05 October 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
温一诺,周柳艳,陈彦伶等.La₂ATiO₆（A=Mg，Zn）∶Er³⁺荧光材料的上转换发光特性及温度传感特性调控[J].发光学报,2022,43(10):1552-156310.37188/CJL.20220099.

WEN Yi-nuo,ZHOU Liu-yan,CHEN Yan-ling,et al.Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La₂ATiO₆（A=Mg, Zn） Phosphor[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(10):1552-156310.37188/CJL.20220099.
温一诺,周柳艳,陈彦伶等.La₂ATiO₆（A=Mg，Zn）∶Er³⁺荧光材料的上转换发光特性及温度传感特性调控[J].发光学报,2022,43(10):1552-156310.37188/CJL.20220099. DOI：

WEN Yi-nuo,ZHOU Liu-yan,CHEN Yan-ling,et al.Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La₂ATiO₆（A=Mg, Zn） Phosphor[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(10):1552-156310.37188/CJL.20220099. DOI：

摘要

的上转换性能强烈依赖局部位置对称畸变。在本研究中，采用高温固相法制备了La

（1-

）

TiO

∶

（

=0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10；

0，0.3，0.5，0.7，1.0）系列荧光粉。基于XRD精修，Zn

的掺杂改变了La

MgTiO

晶体的配位环境，晶相由

Pbnm

转变为

。在980 nm激光激发下，样品上转换荧光强度随Er

离子浓度改变，当Er

离子浓度为

=0.06时样品的上转换荧光强度最强。基于荧光强度比技术研究了样品La

（1-

）

TiO

∶

（

=0.06；

=0，0.3，0.5，0.7，1.0）在303～583 K温度范围内的上转换荧光温度传感特性。实验结果表明，灵敏度随着Mg

和Zn

掺杂浓度比例的改变而改变，在

=1.0时达到最大绝对灵敏度0.90%·K

-1

，说明Zn

的掺杂提高了La

MgTiO

的灵敏度。

Abstract

The up-conversion performance of Er

strongly depends on local position symmetry distortion. In this study， the series of La

2（1-

）

（1

-w

）

TiO

∶

（

=0.06；

=0， 0.3， 0.5， 0.7， 1.0） were prepared by solid state reaction at high temperature. According to XRD refinement， the coordination environment of La

MgTiO

crystal was changed by Zn

doping， and the crystal phase changed from

Pbnm

. Besides， the up-conversion fluorescence intensity of the sample changed with the change of Er

ion concentration excited by a 980 nm laser， and the concentration of Er

was

=0.06 when the up-conversion fluorescence intensity was the highest. Based on the fluorescence intensity ratio technique， the temperature sensing properties of the samples La

2（1-

）

（1

-w

）

TiO

∶

（

=0.06；

=0， 0.3， 0.5， 0.7， 1.0） were studied from 303 K to 583 K. The results show that the sensitivity changes with the concentration ratio of Mg

and Zn

and reaches the maximum absolute sensitivity of 0.90%·K

-1

when

=1.0， which indicates that the doping of Zn

increases the sensitivity of La

MgTiO

关键词

Keywords

references

MATUSZEWSKA C ， ELZBIECIAK-PIECKA K ， MARCINIAK L . Transition metal ion-based nanocrystalline luminescent thermometry in SrTiO 3 ∶Ni 2+ ，Er 3+ nanocrystals operating in the second optical window of biological tissues ［J］. J. Phys. Chem. C ， 2019 ， 123 （ 30 ）： 18646 - 18653 . doi: 10.1021/acs.jpcc.9b04002 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b04002

MARCINIAK L ， BEDNARKIEWICZ A . Nanocrystalline NIR-to-NIR luminescent thermometer based on Cr 3+ ，Yb 3+ emission ［J］. Sens. Actuators B： Chem. ， 2017 ， 243 ： 388 - 393 . doi: 10.1016/j.snb.2016.12.006 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2016.12.006

WANG Q ， LIAO M ， LIN Q ， et al . A review on fluorescence intensity ratio thermometer based on rare-earth and transition metal ions doped inorganic luminescent materials ［J］. J. Alloys Compd. ， 2021 ， 850 ： 156744-1 - 14 . doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156744 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156744

RAI V K ， RAI D K ， RAI S B . Pr 3+ doped lithium tellurite glass as a temperature sensor ［J］. Sens. Actuators A： Phys. ， 2006 ， 128 （ 1 ）： 14 - 17 . doi: 10.1016/j.sna.2005.12.030 http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2005.12.030

DONG B ， CAO B S ， HE Y Y ， et al . Temperature sensing and in vivo imaging by molybdenum sensitized visible upconversion luminescence of rare-earth oxides ［J］. Adv. Mater. ， 2012 ， 24 （ 15 ）： 1987 - 1993 . doi: 10.1002/adma.201200431 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201200431

GAO Y ， HUANG F ， LIN H ， et al . A novel optical thermometry strategy based on diverse thermal response from two intervalence charge transfer states ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2016 ， 26 （ 18 ）： 3139 - 3145 . doi: 10.1002/adfm.201505332 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201505332

SUO H ， HU F F ， ZHAO X Q ， et al . All-in-one thermometer-heater up-converting platform YF 3 ∶Yb 3+ ，Tm 3+ operating in the first biological window ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2017 ， 5 （ 6 ）： 1501 - 1507 . doi: 10.1039/c6tc05449h http://dx.doi.org/10.1039/c6tc05449h

CHEN Y ， CHEN G H ， LIU X Y ， et al . Down-conversion luminescence and optical thermometric performance of Tb 3+ /Eu 3+ doped phosphate glass ［J］. J. Non‐Cryst. Solids ， 2018 ， 484 ： 111 - 117 . doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2018.01.027 http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.01.027

DING M Y ， ZHANG M ， LU C H . Yb 3+ /Tm 3+ /Ho 3+ tri-doped YPO 4 submicroplates： a promising optical thermometer operating in the first biological window ［J］. Mater. Lett. ， 2017 ， 209 ： 52 - 55 . doi: 10.1016/j.matlet.2017.07.113 http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2017.07.113

LI X Y ， YUAN S ， HU F F ， et al . Near-infrared to short-wavelength upconversion temperature sensing in transparent bulk glass ceramics containing hexagonal NaGdF 4 ∶Yb 3+ /Ho 3+ nanocrystals ［J］. Opt. Mater. Express ， 2017 ， 7 （ 8 ）： 3023 - 3033 . doi: 10.1364/OME.7.003023 http://dx.doi.org/10.1364/OME.7.003023

BACK M ， TRAVE E ， MAZZUCCO N ， et al . Tuning the upconversion light emission by bandgap engineering in bismuth oxide-based upconverting nanoparticles ［J］. Nanoscale ， 2017 ， 9 （ 19 ）： 6353 - 6361 . doi: 10.1039/c6nr09350g http://dx.doi.org/10.1039/c6nr09350g

KUANG Y ， XU J T ， WANG C ， et al . Fine-tuning Ho-based red-upconversion luminescence by altering NaHoF 4 core size and NaYbF 4 shell thickness ［J］. Chem. Mater. ， 2019 ， 31 （ 19 ）： 7898 - 7909 . doi: 10.1021/acs.chemmater.9b01944 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b01944

PIRESA M ， SERRA O A ， HEER S ， et al . Low-temperature upconversion spectroscopy of nanosized Y 2 O 3 ∶Er， Yb phosphor ［J］. J. Appl. Phys. ， 2005 ， 98 （ 6 ）： 063529-1-7 . doi: 10.1063/1.2058195 http://dx.doi.org/10.1063/1.2058195

YANG Y M ， MI C ， YU F ， et al . Optical thermometry based on the upconversion fluorescence from Yb 3+ /Er 3+ codoped La 2 O 2 S phosphor ［J］. Ceram. Int. ， 2014 ， 40 （ 7 ）： 9875 - 9880 . doi: 10.1016/j.ceramint.2014.02.081 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.02.081

SUO H ， ZHAO X Q ， ZHANG Z Y ， et al . Local symmetric distortion boosted photon up-conversion and thermometric sensitivity in lanthanum oxide nanospheres ［J］. Nanoscale ， 2018 ， 10 （ 19 ）： 9245 - 9251 . doi: 10.1039/c8nr01734d http://dx.doi.org/10.1039/c8nr01734d

FUH H R ， LIU Y P ， XIAO Z R ， et al . New type of ferromagnetic insulator： double perovskite La 2 Ni M O 6 （ M =Mn， Tc， Re， Ti， Zr， and Hf）［J］. J. Magn. Magn. Mater. ， 2014 ， 357 ： 7 - 12 . doi: 10.1016/j.jmmm.2013.12.049 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.12.049

TAKEDAY ， KATO H ， KOBAYASHI M ， et al . Photoluminescence properties of Mn 4+ -activated perovskite-type titanates， La 2 M TiO 6 ∶Mn 4+ （ M = Mg and Zn）［J］. Chem. Phys. Lett. ， 2015 ， 44 （ 11 ）： 1541 - 1543 . doi: 10.3389/fchem.2018.00467 http://dx.doi.org/10.3389/fchem.2018.00467

HUA Y B ， YU J S . Strong green emission of erbium（Ⅲ）-activated La 2 MgTiO 6 phosphors for solid-state lighting and optical temperature sensors ［J］. ACS Sustainable Chem. Eng. ， 2021 ， 9 （ 14 ）： 5105 - 5115 . doi: 10.1021/acssuschemeng.0c09375 http://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c09375

STOJILOVIC N . Using Cu K α1 /K α2 splitting and a powder XRD system to discuss X-ray generation ［J］. J. Chem. Educ. ， 2018 ， 95 （ 4 ）： 598 - 600 . doi: 10.1021/acs.jchemed.7b00546 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00546

TANG ZR ， YIN X ， ZHANG Y H ， et al . Synthesis of titanate nanotube-CdS nanocomposites with enhanced visible light photocatalytic activity ［J］. Inorg. Chem. ， 2013 ， 52 （ 20 ）： 11758 - 11766 . doi: 10.1021/ic4010483 http://dx.doi.org/10.1021/ic4010483

WOOD D L ， TAUC J . Weak absorption tails in amorphous semiconductors ［J］. Phys. Rev. B ， 1972 ， 5 （ 8 ）： 3144 - 3151 . doi: 10.1103/physrevb.5.3144 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.5.3144

MORALES A E ， MORA E S ， PAL U . Use of diffuse reflectance spectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures ［J］. Rev. Mexic. Fisica S ， 2007 ， 53 （ 5 ）： 18 - 22 .

ANISIMOV V I ， ARYASETIAWAN F ， LICHTENSTEIN A I . First-principles calculations of the electronic structure and spectra of strongly correlated systems： the LDA+ U method ［J］. J. Phys.： Condens. Matter ， 1997 ， 9 （ 4 ）： 767 - 808 . doi: 10.1088/0953-8984/9/4/002 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/9/4/002

SINGH B P ， PARCHUR A K ， NINGTHOUJAM R S ， et al . Enhanced up-conversion and temperature-sensing behaviour of Er 3+ and Yb 3+ co-doped Y 2 Ti 2 O 7 by incorporation of Li + ions ［J］. Phys. Chem. Chem. Phys. ， 2014 ， 16 （ 41 ）： 22665 - 22676 . doi: 10.1039/c4cp02949f http://dx.doi.org/10.1039/c4cp02949f

SINGH S K ， KUMAR K ， RAI S B . Er 3+ /Yb 3+ codoped Gd 2 O 3 nano-phosphor for optical thermometry ［J］. Sens. Actuators A： Phys. ， 2009 ， 149 （ 1 ）： 16 - 20 . doi: 10.1016/j.sna.2008.09.019 http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2008.09.019

YAO Y H ， XU C ， ZHENG Y ， et al . Improving upconversion luminescence efficiency in Er 3+ -doped NaYF 4 nanocrystals by two-color laser field ［J］. J. Mater. Sci. ， 2016 ， 51 （ 11 ）： 5460 - 5468 . doi: 10.1007/s10853-016-9849-z http://dx.doi.org/10.1007/s10853-016-9849-z

XU W ， XU S ， ZHU Y S ， et al . Ultra-broad plasma resonance enhanced multicolor emissions in an assembled Ag/NaYF 4 ∶Yb，Er nano-film ［J］. Nanoscale ， 2014 ， 4 （ 22 ）： 6971 - 6973 .

LI G G ， SHANG M M ， GENG D L ， et al . Multiform La 2 O 3 ∶Yb 3+ /Er 3+ /Tm 3+ submicro-/microcrystals derived by hydrothermal process： morphology control and tunable upconversion luminescence properties ［J］. CrystEngComm ， 2012 ， 14 （ 6 ）： 2100 - 2111 . doi: 10.1039/c2ce06248h http://dx.doi.org/10.1039/c2ce06248h

LIANG Y J ， CHUI P F ， SUN X N ， et al . Hydrothermal synthesis and upconversion luminescent properties of YVO 4 ∶Yb 3+ ，Er 3+ nanoparticles ［J］. J. Alloys Compd. ， 2013 ， 552 ： 289 - 293 . doi: 10.1016/j.jallcom.2012.10.132 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.10.132

XU W ， GAO X Y ， ZHENG L J ， et al . Optical thermometry through green upconversion emissions in Er 3+ /Yb 3+ -codoped CaWO 4 phosphor ［J］. Appl. Phys. Express ， 2012 ， 5 （ 7 ）： 072201-1-3 . doi: 10.1143/apex.5.072201 http://dx.doi.org/10.1143/apex.5.072201

XU W ， ZHANG Z G ， CAO W W . Excellent optical thermometry based on short-wavelength upconversion emissions in Er 3+ /Yb 3+ codoped CaWO 4 ［J］. Opt. Lett. ， 2012 ， 37 （ 23 ）： 4865 - 4867 . doi: 10.1364/ol.37.004865 http://dx.doi.org/10.1364/ol.37.004865

XU W ， ZHAO H ， LI Y X ， et al . Optical temperature sensing through the upconversion luminescence from Ho 3+ /Yb 3+ codoped CaWO 4 ［J］. Sens. Actuators B： Chem. ， 2013 ， 188 ： 1096 - 1100 . doi: 10.1016/j.snb.2013.07.094 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2013.07.094

CAO B S ， HE Y Y ， FENG Z Q ， et al . Optical temperature sensing behavior of enhanced green upconversion emissions from Er-Mo∶Yb 2 Ti 2 O 7 nanophosphor ［J］. Sens. Actuators B： Chem. ， 2011 ， 159 （ 1 ）： 8 - 11 . doi: 10.1016/j.snb.2011.05.018 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2011.05.018

WANG X F ， LIU Q ， CAI P Q ， et al . Excitation powder dependent optical temperature behavior of Er 3+ doped transparent Sr 0.69 La 0.31 F 2.31 glass ceramics ［J］. Opt. Express ， 2016 ， 24 （ 16 ）： 17792 - 17804 . doi: 10.1364/oe.24.017792 http://dx.doi.org/10.1364/oe.24.017792

WANG X F ， LIU Q ， BU Y Y ， et al . Optical temperature sensing of rare-earth ion doped phosphors ［J］. RSC Adv. ， 2015 ， 5 （ 105 ）： 86219 - 86236 . doi: 10.1039/c5ra16986k http://dx.doi.org/10.1039/c5ra16986k

LI L ， TANG X H ， WU Z J ， et al . Simultaneously tuning emission color and realizing optical thermometry via efficient Tb 3+ →Eu 3+ energy transfer in whitlockite-type phosphate multifunctional phosphors ［J］. J. Alloys Compd. ， 2019 ， 780 ： 266 - 275 . doi: 10.1016/j.jallcom.2018.11.378 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.11.378

TANG J ， DU P ， LI W P . et al . Boosted thermometric performance in NaGdF 4 ∶Er 3+ /Yb 3+ upconverting nanorods by Fe 3+ ions doping for contactless nanothermometer based on thermally and non-thermally coupled levels ［J］. J. Lumin. ， 2020 ， 224 ： 117296 . doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117296 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117296

JIA M C ， SUN Z ， XU H Y ， et al . An ultrasensitive luminescent nanothermometer in the first biological window based on phonon-assisted thermal enhancing and thermal quenching ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2020 ， 8 （ 44 ）： 15603 - 15608 . doi: 10.1039/d0tc04082g http://dx.doi.org/10.1039/d0tc04082g

JIA M C ， SUN Z ， ZHANG M X ， et al . What determines the performance of lanthanide-based ratiometric nanothermometers？［J］. Nanoscale ， 2020 ， 12 （ 40 ）： 20776 - 20785 . doi: 10.1039/d0nr05035k http://dx.doi.org/10.1039/d0nr05035k

周慧丽，吴锋，张志宏，等 . Lu 2 O 3 ∶Er 3+ /Yb 3+ 荧光材料的上转换发光及其温度传感特性［J］. 发光学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 192 - 200 . doi: 10.37188/cjl.20210363 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210363

ZHOU H L ， WU F ， ZHANG Z H ， et al . Upconversion luminescence and temperature sensing characteristics of Lu 2 O 3 ∶Er 3+ /Yb 3+ phosphor ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 192 - 200 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20210363 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210363

金叶，李坤，罗旭，等 . Sc 2 （WO 4 ） 3 ∶Er 3+ /Yb 3+ 的上转换发光及其温度传感特性［J］. 发光学报， 2021 ， 42 （ 1 ）： 91 - 97 . doi: 10.37188/cjl.20200326 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200326

JIN Y ， LI K ， LUO X ， et al . Upconversion luminescence and temperature sensing properties for Sc 2 （WO 4 ） 3 ∶Er 3+ /Yb 3+ ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 91 - 97 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20200326 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200326

WANG N ， FU Z L ， WEI Y L ， et al . Investigation for the upconversion luminescence and temperature sensing mechanism based on BiPO 4 ∶Yb 3+ ， RE 3+ （ RE 3+ =Ho 3+ ， Er 3+ and Tm 3+ ）［J］. J. Alloys Compd. ， 2019 ， 772 ： 371 - 380 . doi: 10.1016/j.jallcom.2018.09.070 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.09.070

LIU X ， LEI R ， HUANG F F ， et al . Dependence of upconversion emission and optical temperature sensing behavior on excitation power in Er 3+ /Yb 3+ co-doped BaMoO 4 phosphors ［J］. J. Lumin. ， 2019 ， 210 ： 119 - 127 . doi: 10.1016/j.jlumin.2019.01.065 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.01.065

WEI W ， JIAO J Q ， LIU Y ， et al . Effect of the Fe 3+ concentration on the upconversion luminescence in NaGdF 4 ∶Yb 3+ ， Er 3+ nanorods prepared by a hydrothermal method ［J］. J. Mater. Sci. ， 2019 ， 54 （ 20 ）： 13200 - 13207 . doi: 10.1007/s10853-019-03818-9 http://dx.doi.org/10.1007/s10853-019-03818-9

Views

236

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Quadruple-signal Responsive Temperature Sensing Based on Non-thermal Quenched Upconversion Luminescence in ZrO₂∶Yb³⁺/Er³⁺

Spectroscopic Analysis and Mid-infrared Emission Enhancement in Er³⁺/Yb³⁺/Pr³⁺∶SrLaGaO₄ Crystal

Temperature- and Concentration-dependent Luminescence and Fluorescence Dynamic Temperature Sensing of NaGd（MoO₄）₂∶Tb³⁺Phosphors

Self-reference Temperature Sensing via Fluorescence Enhancement of Microsphere-cavity-coupled Inorganic Halide Perovskite Quantum Dots

Related Author

Yi-nuo WEN

Liu-yan ZHOU

Yan-ling CHEN

LIN-Jian-hua

Jie FU

Shu-yang CHEN

Ming-xiao HAN

Jie Li

Related Institution

China University of Metrology， Institute of Optoelectronic Materials and Devices

School of Physics and Opto-Electronic Technology， Baoji University of Arts and Sciences

University of Chinese Academy of Sciences

Key Laboratory of Optoelectronic Materials Chemistry and Physics， Fujian Institute of Research on the Structure of Matter， Chinese Academy of Sciences

College of Science， Dalian Maritime University

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176862 Email：fgxbt@126.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰

Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La2ATiO6（A=Mg, Zn） Phosphor

DOI：10.37188/CJL.20220099

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references

Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Properties of La₂ATiO₆（A=Mg, Zn） Phosphor