新型Ba3In（PO4）3∶Yb3+,Ho3+荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

高华波; 陈奇; 陈文超; 闵鑫; 马斌

doi:10.37188/CJL.20230175

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

新型Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺,Ho³⁺荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

材料合成及性能 | 更新时间：2023-11-27

- 新型Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺,Ho³⁺荧光粉的上转换发光及其温度传感性能
  增强出版
- Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Performance of Novel Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺, Ho³⁺ Phosphor
- 发光学报 2023年44卷第11期页码：1958-1966
- 作者机构：
  
  1.青海大学机械工程学院，青海西宁　810016
  2.中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，北京　100083
- 作者简介：
  
  [ "高华波（1998-），男，重庆人，硕士研究生，2021年于重庆科技学院获得学士学位，主要从事稀土发光材料的研究。 E-mail: dramaticbo@163.com" ]
  [ "马斌（1988-），男，青海西宁人，博士，副教授，2016年于中国地质大学（北京）获得博士学位，主要从事陶瓷基复合材料，陶瓷材料的设计与制备、结构与性能，稀土发光材料的研究。" ]
- 基金信息：
  
  青海省科技厅国际合作项目(2022⁃HZ⁃807);国家自然科学基金(51802172)
- DOI：10.37188/CJL.20230175
  中图分类号： O482.31
- 收稿日期：2023-08-07，
  
  修回日期：2023-08-17，
  
  纸质出版日期：2023-11-05
- 稿件说明：
移动端阅览
高华波,陈奇,陈文超等.新型Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺,Ho³⁺荧光粉的上转换发光及其温度传感性能[J].发光学报,2023,44(11):1958-1966.

GAO Huabo,CHEN Qi,CHEN Wenchao,et al.Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Performance of Novel Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺, Ho³⁺ Phosphor[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):1958-1966.
高华波,陈奇,陈文超等.新型Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺,Ho³⁺荧光粉的上转换发光及其温度传感性能[J].发光学报,2023,44(11):1958-1966. DOI： 10.37188/CJL.20230175.

GAO Huabo,CHEN Qi,CHEN Wenchao,et al.Up-conversion Luminescence and Temperature Sensing Performance of Novel Ba₃In（PO₄）₃∶Yb³⁺, Ho³⁺ Phosphor[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):1958-1966. DOI： 10.37188/CJL.20230175.

摘要

采用高温固相法合成了一种新型的Yb

和Ho

共掺杂的Ba

In（PO

）

上转换荧光粉，并研究了其晶体结构、上转换发光及能量传递机制。在980 nm激光激发下，Yb

吸收能量并传递至Ho

；此外，激光功率对于荧光粉发光颜色无明显影响，发光颜色主要集中在橙黄色区域（0.543，0.452）。测得0.05Yb

和0.032Ho

掺杂的荧光粉的荧光寿命约为467.61 μs。还测量了该荧光粉温度依赖的发光光谱，并计算了其用作光学温度计的绝对灵敏度（

）和相对灵敏度（

）。结果表明，该荧光粉具有良好的热稳定性，423 K时的发射强度仍保持在室温的81.68%，

，

→

、

→

跃迁的Δ

分别约为0.19 eV和0.27 eV。此外，其

和

最大值分别为0.31%·K

-1

和0.09%·K

-1

（573 K）。

Abstract

In this work， a novel Yb

and Ho

co-doped Ba

In（PO

）

up-conversion phosphor was synthesized by high temperature solid-state method， and its crystal structure， up-conversion luminescence and energy transfer mechanism were studied. Under 980 nm laser excitation， Yb

absorbs energy and transfers to Ho

.In addition， the laser power has no significant effect on the luminescent color of the phosphor， and the luminescent color is mainly concentrated in the orange-red region （0.543， 0.452）. The fluorescence lifetime of 0.05Yb

and 0.032Ho

doped phosphor is about 467.61 μs. The temperature-dependent photoluminescence emission spectra of the phosphor were also measured， and the absolute sensitivity （

） and relative sensitivity （

） were calculated. The results show that the phosphor has good thermal stability， and the emission intensity at 423 K remains about 81.68% of that at room temperature. The Δ

，

→

，

→

transitions are 0.19 eV and 0.27 eV， respectively.In addition， the maximum

and

are 0.31%·K

-1

and 0.09%·K

-1

（573 K）， respectively.

关键词

Keywords

references

ZHOU J ， LIU Q ， FENG W ， et al . Upconversion luminescent materials： Advances and applications ［J］. Chem. Rev. ， 2015 ， 115 （ 1 ）： 395 - 465 . doi: 10.1021/cr400478f http://dx.doi.org/10.1021/cr400478f

KORE B P ， KUMAR A ， ERASMUS L ， et al . Energy transfer mechanisms and optical thermometry of BaMgF 4 ∶Yb 3+ ， Er 3+ phosphor ［J］. Inorg. Chem. ， 2018 ， 57 （ 1 ）： 288 - 299 . doi: 10.1021/acs.inorgchem.7b02436 http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b02436

LOO J F C ， CHIEN Y H ， YIN F ， et al . Upconversion and downconversion nanoparticles for biophotonics and nanomedicine ［J］. Coord. Chem. Rev. ， 2019 ， 400 ： 213042 . doi: 10.1016/j.ccr.2019.213042 http://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2019.213042

LIAN H Z ， HOU Z Y ， SHANG M M ， et al . Rare earth ions doped phosphors for improving efficiencies of solar cells ［J］. Energy ， 2013 ， 57 ： 270 - 283 . doi: 10.1016/j.energy.2013.05.019 http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2013.05.019

钱幸璐 . 基于荧光体材料制备白光LED器件研究［D］. 上海：上海应用技术大学， 2020 .

QIAN X L . Research on White LED Devices Based on Phosphor Materials ［D］. Shanghai ： Shanghai Institute of Technology ， 2020 . （in Chinese）

DU P P ， MA J ， ZHU Q ， et al . Phase evolution， structure， and up-/down-conversion luminescence of Li 6 CaLa 2 Nb 2 O 12 ∶Yb 3+ / RE 3+ phosphors （ RE =Ho， Er， Tm）［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2020 ， 103 （ 4 ）： 2674 - 2685 . doi: 10.1111/jace.16977 http://dx.doi.org/10.1111/jace.16977

ANSARI A A ， MUTHUMAREESWARAN M R ， LV R C . Coordination chemistry of the host matrices with dopant luminescent Ln 3+ ion and their impact on luminescent properties ［J］. Coord. Chem. Rev. ， 2022 ， 466 ： 214584 . doi: 10.1016/j.ccr.2022.214584 http://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214584

HU J S ， BIAN X M ， WANG R N ， et al . Giant enhancement in upconversion luminescence of β-Ba 2 ScAlO 5 ∶Yb 3+ /Er 3+ phosphor by the intermediate band through Ca 2+ doping ［J］. Chem. Mater. ， 2022 ， 34 （ 7 ）： 3089 - 3098 . doi: 10.1021/acs.chemmater.1c04142 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c04142

LI M J ， YANG Z W ， REN Y T ， et al . Reversible modulated upconversion luminescence of MoO 3 ∶Yb 3+ ，Er 3+ thermochromic phosphor for switching devices ［J］. Inorg. Chem. ， 2019 ， 58 （ 10 ）： 6950 - 6958 . doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b00526 http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b00526

FU Y ， WANG X J ， LIU S ， et al . Multicolor upconversion emission and highly optical temperature sensing based on lanthanide-doped double perovskite Sr 2 LaNbO 6 phosphors ［J］. Ceram. Int. ， 2023 ， 49 （ 6 ）： 9574 - 9583 . doi: 10.1016/j.ceramint.2022.11.127 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.127

SAMAL S K ， PUSHPENDRA ， YADAV J ， et al . Upconversion properties of Er， Yb co-doped KBi（MoO 4 ） 2 nanomaterials for optical thermometry ［J］. Ceram. Int. ， 2023 ， 49 （ 12 ）： 20051 - 20060 . doi: 10.1016/j.ceramint.2023.03.127 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.03.127

GUPTA I ， SINGH S ， BHAGWAN S ， et al . Rare earth （RE） doped phosphors and their emerging applications： A review ［J］. Ceram. Int. ， 2021 ， 47 （ 14 ）： 19282 - 19303 . doi: 10.1016/j.ceramint.2021.03.308 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.308

YANG X N ， LI X ， LI Y C ， et al . Effect of energy transfer and local crystal field perturbation on the thermometric sensitivity of Ga-Tb-Eu ternary emission system ［J］. Ceram. Int. ， 2022 ， 48 （ 1 ）： 684 - 693 . doi: 10.1016/j.ceramint.2021.09.148 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.148

GAO H B ， MOLOKEEV M S ， CHEN Q ， et al . Effect of ligand environment of rare-earth ions on temperature measurement performance of Sr A O 4 ∶ x Eu 3+ （ A = Mo and W） phosphors ［J］. Ceram. Int. ， 2022 ， 48 （ 24 ）： 36835 - 36844 . doi: 10.1016/j.ceramint.2022.08.247 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.08.247

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

LIU W G ， WANG X J ， ZHU Q ， et al . Upconversion luminescence and favorable temperature sensing performance of eulytite-type Sr 3 Y（PO 4 ） 3 ∶Yb 3+ / Ln 3+ phosphors （ Ln =Ho， Er， Tm）［J］. Sci. Technol. Adv. Mater. ， 2019 ， 20 （ 1 ）： 949 - 963 . doi: 10.1080/14686996.2019.1659090 http://dx.doi.org/10.1080/14686996.2019.1659090

ZHENG T ， ZHOU L H ， QIU X J ， et al . Er 3+ ， Yb 3+ co-doped Sr 3 （PO 4 ） 2 phosphors： A ratiometric luminescence thermometer based on stark levels with tunable sensitivity ［J］. J. Lumin. ， 2020 ， 227 ： 117517 . doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117517 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117517

ZHANG G Q ， MOLOKEEV M S ， MA Q C ， et al . Structural analysis and optical temperature sensing performance of Eu 3+ -doped Ba 3 In（PO 4 ） 3 ［J］. CrystEngComm ， 2020 ， 22 （ 35 ）： 5809 - 5817 . doi: 10.1039/d0ce00997k http://dx.doi.org/10.1039/d0ce00997k

LEI Z H ， LIU R H ， SUN L J ， et al . An up-conversion Ba 3 In（PO 4 ） 3 ∶Er 3+ /Yb 3+ phosphor that enables multi-mode temperature measurements and wide-gamut ‘temperature mapping’ ［J］. Dalton Trans. ， 2023 ， 52 （ 29 ）： 10155 - 10164 . doi: 10.1039/d3dt01575k http://dx.doi.org/10.1039/d3dt01575k

ZHANG J ， ZHANG Y Q ， JIANG X M . Investigations on upconversion luminescence of K 3 Y（PO 4 ） 2 ∶Yb 3+ -Er 3+ /Ho 3+ /Tm 3+ phosphors for optical temperature sensing ［J］. J. Alloys Compd. ， 2018 ， 748 ： 438 - 445 . doi: 10.1016/j.jallcom.2018.03.127 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.03.127

KHAJURIA P ， BEDYAL A K ， MANHAS M ， et al . Spectral， surface and thermometric investigations of upconverting Er 3+ /Yb 3+ co-doped Na 3 Y（PO 4 ） 2 phosphor ［J］. J. Alloys Compd. ， 2021 ， 877 ： 160327 . doi: 10.1016/j.jallcom.2021.160327 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160327

朱浩天 . 三种稀土磷酸盐基上转换发光材料的制备及性能研究［D］. 贵州：贵州师范大学， 2022 .

ZHU H T . Preparation and Properties of Three Rare Earth Phosphate⁃based Up⁃conversion Luminescent Materials ［D］. Guizhou ： Guizhou Normal University ， 2022 . （in Chinese）

Bruker AXS TOPAS V 4 ： General profile and structure analysis software for powder diffraction data.⁃User's Manual ［M］. Bruker AXS， Karlsruhe ， Germany . 2008.

SUN Z S ， NING Q X ， ZHOU W Y ， et al . Structural and spectroscopic investigation of an efficient and broadband NIR phosphor InBO 3 ∶Cr 3+ and its application in NIR pc-LEDs ［J］. Ceram. Int. ， 2021 ， 47 （ 10 ）： 13598 - 13603 . doi: 10.1016/j.ceramint.2021.01.218 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.218

GENG X ， XIE Y ， CHEN S S ， et al . Enhanced local symmetry achieved zero-thermal-quenching luminescence characteristic in the Ca 2 InSbO 6 ∶Sm 3+ phosphors for w-LEDs ［J］. Chem. Eng. J. ， 2021 ， 410 ： 128396 . doi: 10.1016/j.cej.2020.128396 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2020.128396

WANG Q ， WANG S W ， PANG R ， et al . Two-site occupation in Cr 3+ -activated BaIn 2 （P 2 O 7 ） 2 phosphor for broadband near-infrared thermometry and LED applications ［J］. Mater. Res. Bull. ， 2023 ， 163 ： 112222 . doi: 10.1016/j.materresbull.2023.112222 http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2023.112222

ZHANG J L ， ZHAO W R ， ZHANG X L ， et al . Ultra-broadband near-infrared emission in the double-perovskite Ca 2 InTaO 6 ∶Cr 3+ phosphor for light-emitting-diode applications ［J］. J. Lumin. ， 2023 ， 255 ： 119581 . doi: 10.1016/j.jlumin.2022.119581 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119581

XU X X ， SHAO Q Y ， YAO L Q ， et al . Highly efficient and thermally stable Cr 3+ -activated silicate phosphors for broadband near-infrared LED applications ［J］. Chem. Eng. J. ， 2020 ， 383 ： 123108 . doi: 10.1016/j.cej.2019.123108 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2019.123108

DONG X R ， CUI X Y ， FU Z L ， et al . Study on preparation and luminescent properties of Eu 3+ -doped LaAlO 3 and GdAlO 3 ［J］. Mater. Res. Bull. ， 2012 ， 47 （ 2 ）： 212 - 216 . doi: 10.1016/j.materresbull.2011.11.046 http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.11.046

SHI X F ， MOLOKEEV M S ， WANG X J ， et al . Crystal structure of NaLuW 2 O 8 ·2H 2 O and down/upconversion luminescence of the derived NaLu（WO 4 ） 2 ∶Yb/ Ln phosphors （ Ln = Ho， Er， Tm）［J］. Inorg. Chem. ， 2018 ， 57 （ 17 ）： 10791 - 10801 . doi: 10.1021/acs.inorgchem.8b01427 http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b01427

HUA Y B ， RAN W G ， YU J S . Excellent photoluminescence and cathodoluminescence properties in Eu 3+ -activated Sr 2 LaNbO 6 materials for multifunctional applications ［J］. Chem. Eng. J. ， 2021 ， 406 ： 127154 . doi: 10.1016/j.cej.2020.127154 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2020.127154

GAO H B ， MOLOKEEV M S ， CHEN Q ， et al . Novel A MoO 4 ∶Eu 3+ （ A = Ca and Ba） optical thermometer： Investigation of effect of local ionic coordination environment on optical performance and temperature measurement sensitivity ［J］. Ceram. Int. ， 2023 ， 49 （ 16 ）： 26803 - 26810 . doi: 10.1016/j.ceramint.2023.05.217 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.05.217

HUA Y B ， YU J S . Broadband near-ultraviolet excited La 2 Mo 2 O 9 ∶Eu 3+ red-emitting phosphors with high color purity for solid-state lighting ［J］. J. Alloys Compd. ， 2019 ， 783 ： 969 - 976 . doi: 10.1016/j.jallcom.2018.12.279 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.279

SAIDI K ， DAMMAK M . Upconversion luminescence and optical temperature sensing characteristics of Er 3+ /Yb 3+ codoped Na 3 Gd（PO 4 ） 2 phosphors ［J］. J. Solid State Chem. ， 2021 ， 300 ： 122214 . doi: 10.1016/j.jssc.2021.122214 http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122214

ZHANG J ， HUA Z H . Effect of dopant contents on upconversion luminescence and temperature sensing behavior in Ca 3 La 6 Si 6 O 24 ∶Yb 3+ -Er 3+ /Ho 3+ phosphors ［J］. J. Lumin. ， 2018 ， 201 ： 217 - 223 . doi: 10.1016/j.jlumin.2018.04.063 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.04.063

PANDEY A ， RAI V K . Improved luminescence and temperature sensing performance of Ho 3+ -Yb 3+ -Zn 2+ ∶Y 2 O 3 phosphor ［J］. Dalton Trans. ， 2013 ， 42 （ 30 ）： 11005 - 11011 . doi: 10.1039/c3dt50592h http://dx.doi.org/10.1039/c3dt50592h

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

CHAI X N ， LI J ， WANG X S ， et al . Upconversion luminescence and temperature-sensing properties of Ho 3+ /Yb 3+ -codoped ZnWO 4 phosphors based on fluorescence intensity ratios ［J］. RSC Adv. ， 2017 ， 7 （ 64 ）： 40046 - 40052 . doi: 10.1039/c7ra05846b http://dx.doi.org/10.1039/c7ra05846b

浏览量

451

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

Ce³⁺掺杂Ba₃Y₂(BO₃)₄荧光粉发光性能及应用

Mn⁴⁺激活氟化物荧光粉水解劣化评价方法

Al/Ga离子替换提升Ni²⁺掺杂尖晶石结构MgAl_xGa_2-_xO₄近红外二区发光特性

F/O阴离子取代调控ZnGa₂O₄∶Cr³⁺近红外发光