Luminescence of Zero-dimensional Organic-inorganic Hybrid Phosphor [N（CH3）4]2GeF6∶Mn4+ for Dual-mode Temperature Sensing

WANG Jing; LU Jitao; WU Yahong; SONG Mingjun

doi:10.37188/CJL.20220363

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Luminescence of Zero-dimensional Organic-inorganic Hybrid Phosphor [N（CH₃）₄]₂GeF₆∶Mn⁴⁺ for Dual-mode Temperature Sensing

Luminescence Applications and Interdisciplinary Fields | 更新时间：2023-06-15

- Luminescence of Zero-dimensional Organic-inorganic Hybrid Phosphor [N（CH₃）₄]₂GeF₆∶Mn⁴⁺ for Dual-mode Temperature Sensing
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 44, Issue 5, Pages: 904-911(2023)
- 作者机构：
  
  潍坊学院化学化工与环境工程学院，山东潍坊　261061
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Doctoral Foundation of Weifang University(2021BS08)
- DOI：10.37188/CJL.20220363
  CLC： O482.31
- Received：12 October 2022，
  
  Revised：24 October 2022，
  
  Published：05 May 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
王晶,逯纪涛,吴亚红等.零维有机⁃无机杂化荧光粉[N（CH₃）₄]₂GeF₆∶Mn⁴⁺的双模温度传感应用[J].发光学报,2023,44(05):904-911.

WANG Jing,LU Jitao,WU Yahong,et al.Luminescence of Zero-dimensional Organic-inorganic Hybrid Phosphor [N（CH₃）₄]₂GeF₆∶Mn⁴⁺ for Dual-mode Temperature Sensing[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(05):904-911.
王晶,逯纪涛,吴亚红等.零维有机⁃无机杂化荧光粉[N（CH₃）₄]₂GeF₆∶Mn⁴⁺的双模温度传感应用[J].发光学报,2023,44(05):904-911. DOI： 10.37188/CJL.20220363.

WANG Jing,LU Jitao,WU Yahong,et al.Luminescence of Zero-dimensional Organic-inorganic Hybrid Phosphor [N（CH₃）₄]₂GeF₆∶Mn⁴⁺ for Dual-mode Temperature Sensing[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(05):904-911. DOI： 10.37188/CJL.20220363.

摘要

新型低维有机⁃无机杂化荧光粉具有独特的光学性质和广泛的光电应用前景。本文报道了一种采用湿化学法合成的Mn

掺杂的有机⁃无机杂化［N（CH

）

］

GeF

荧光粉材料，并采用X射线粉末衍射（XRD）、热重差热分析（TG⁃DTA）、红外光谱（FTIR）、漫反射光谱（DRS）、激发（PL）与发射（PLE）光谱以及荧光寿命等手段对材料的晶体结构、热稳定性和发光性能进行了系统研究。研究结果表明，室温下，该荧光粉可产生高颜色纯度的窄红色发射峰，其峰值位于630 nm。在13~292 K的温度范围内，Mn

离子的Stokes和anti⁃Stokes边带发光强度表现出不同的温度响应。通过应用anti⁃Stokes和Stokes边带的发射强度比进行温度传感，获得的最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为0.002 1 K

-1

和2.11%·K

-1

。同时，Mn

离子的荧光寿命值也可以用于温度传感，最大相对灵敏度为0.44%·K

-1

，表明该荧光粉可以用于双模温度传感研究。

Abstract

Novel low-dimensional organic-inorganic hybrid phosphors have unique optical properties and wide optoelectronic applications. Zero-dimensional organic-inorganic hybrid phosphor ［N（CH

）

］

GeF

∶Mn

was synthesized by a wet chemical method. By using XRD， TG-DTA， FTIR， DRS， PL， PLE， and lifetime decay， the crystal structure， thermal stability， and optical properties were systemically investigated. The result shows that narrow red emission with high color purity can be observed even at room temperature， and the emission peak locates at 630 nm. In the temperature range of 13-292 K， anti-Stokes and Stokes sidebands of Mn

ions show different temperature responses. The emission intensity ratio of anti-Stokes

. Stokes sidebands can be used for temperature sensing， with a maximum absolute sensitivity of 0.002 1 K

-1

and relative sensitivity of 2.11%·K

-1

. Moreover， the lifetime of Mn

ions can also be used for temperature sensing with a maximum relative sensitivity of 0.44%·K

-1

， demonstrating its potential application in dual-mode optical thermometry.

关键词

Keywords

references

ADACHI S . Review-Mn 4+ -activated red and deep red-emitting phosphors ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol. ， 2019 ， 9 （ 1 ）： 016001 . doi: 10.1149/2.0022001jss http://dx.doi.org/10.1149/2.0022001jss

CAO R P ， LV X Y ， RAN Y Q ， et al . Rare-earth-free Li 5 La 3 Ta 2 O 12 ∶Mn 4+ deep-red-emitting phosphor： synthesis and photoluminescence properties ［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2019 ， 102 （ 10 ）： 5910 - 5918 . doi: 10.1111/jace.16447 http://dx.doi.org/10.1111/jace.16447

XUE J P ， NOH H M ， CHOI B C ， et al . Dual-functional of non-contact thermometry and field emission displays via efficient Bi 3+ → Eu 3+ energy transfer in emitting-color tunable GdNbO 4 phosphors ［J］. Chem. Eng. J. ， 2020 ， 382 ： 122861-1 - 11 . doi: 10.1016/j.cej.2019.122861 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2019.122861

ZHOU Y Y ， SONG E H ， DENG T T ， et al . Surface passivation toward highly stable Mn 4+ -activated red-emitting fluoride phosphors and enhanced photostability for white LEDs ［J］. Adv. Mater. Interfaces ， 2019 ， 6 （ 9 ）： 1802006-1-15 . doi: 10.1002/admi.201802006 http://dx.doi.org/10.1002/admi.201802006

QIN L ， BI S L ， CAI P Q ， et al . Preparation， characterization and luminescent properties of red-emitting phosphor： LiLa 2 NbO 6 doped with Mn 4+ ions ［J］. J. Alloys Compd. ， 2018 ， 755 ： 61 - 66 . doi: 10.1016/j.jallcom.2018.04.295 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.04.295

MING H ， LIU L L ， HE S G ， et al . An ultra-high yield of spherical K 2 NaScF 6 ∶Mn 4+ red phosphor and its application in ultra-wide color gamut liquid crystal displays ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2019 ， 7 （ 24 ）： 7237 - 7248 . doi: 10.1039/c9tc02295c http://dx.doi.org/10.1039/c9tc02295c

ZHOU Y Y ， SONG E H ， DENG T T ， et al . Waterproof narrow-band fluoride red phosphor K 2 TiF 6 ∶Mn 4+ via facile superhydrophobic surface modification ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2018 ， 10 （ 1 ）： 880 - 889 . doi: 10.1021/acsami.7b15503 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b15503

CAI P Q ， WANG X F ， SEO H J ， et al . Bluish-white-light-emitting diodes based on two-dimensional lead halide perovskite （C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ） 2 PbCl 2 Br 2 ［J］. Appl. Phys. Lett. ， 2018 ， 112 （ 15 ）： 153901-1-5 . doi: 10.1063/1.5023797 http://dx.doi.org/10.1063/1.5023797

SONG E H ， WANG J Q ， SHI J H ， et al . Highly efficient and thermally stable K 3 AlF 6 ∶Mn 4+ as a red phosphor for ultra-high-performance warm white light-emitting diodes ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2017 ， 9 （ 10 ）： 8805 - 8812 . doi: 10.1021/acsami.7b00749 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b00749

WU W L ， FANG M H ， ZHOU W L ， et al . High color rendering index of Rb 2 GeF 6 ∶Mn 4+ for light-emitting diodes ［J］. Chem. Mater. ， 2017 ， 29 （ 3 ）： 935 - 939 .

MING H ， ZHAO Y F ， ZHOU Y Y ， et al . Shining Mn 4+ in 0D organometallic fluoride hosts towards highly efficient photoluminescence ［J］. Adv. Opt. Mater. ， 2022 ， 10 （ 7 ）： 2102141-1-10 . doi: 10.1002/adom.202102141 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202102141

XUE J P ， YU Z K ， NOH H M ， et al . Designing multi-mode optical thermometers via the thermochromic LaNbO 4 ∶Bi 3+ / Ln 3+ （ Ln = Eu， Tb， Dy， Sm） phosphors ［J］. Chem. Eng. J. ， 2021 ， 415 ： 128977-1 - 14 . doi: 10.1016/j.cej.2021.128977 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.128977

XUE J ， LI F ， LIU F ， et al . Designing ultra-highly efficient Mn 2+ -activated Zn 2 GeO 4 green-emitting persistent phosphors toward versatile applications ［J］. Mater. Today Chem. ， 2022 ， 23 ： 100693 . doi: 10.1016/j.mtchem.2021.100693 http://dx.doi.org/10.1016/j.mtchem.2021.100693

XUE J P ， NOH H M ， PARK S H ， et al . NUV light induced visible emission in Er 3+ -activated NaSrLa（MoO 4 ）O 3 phosphors for green LEDs and thermometer ［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2020 ， 103 （ 2 ）： 1174 - 1186 . doi: 10.1111/jace.16797 http://dx.doi.org/10.1111/jace.16797

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

BAUR F ， BÖHNISCH D ， JÜSTEL T . Luminescence of Mn 4+ in a hexafluorogermanate with the complex organic cation guanidinium ［C（NH 2 ） 3 ］ 2 GeF 6 ∶Mn 4+ ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol. ， 2020 ， 9 （ 4 ）： 046003-1-6 . doi: 10.1149/2162-8777/ab8788 http://dx.doi.org/10.1149/2162-8777/ab8788

CAI P Q ， WANG S ， XU T M ， et al . Mn 4+ doped zero-dimensional organic-inorganic hybrid material with narrow-red emission ［J］. J. Lumin. ， 2020 ， 228 ： 117661-1 - 7 . doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117661 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117661

KIM E A ， LEE D W ， OK K M . Centrosymmetric ［N（CH 3 ） 4 ］ 2 TiF 6 vs . noncentrosymmetric polar ［C（NH 2 ） 3 ］ 2 TiF 6 ：a hydrogen-bonding effect on the out-of-center distortion of TiF 6 octahedra ［J］. J. Solid State Chem. ， 2012 ， 195 ： 149 - 154 . doi: 10.1016/j.jssc.2011.11.027 http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2011.11.027

YOUNG C W ， KOEHLER J S ， MCKINNEY D S . Infrared absorption spectra of tetramethyl compounds ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 1947 ， 69 （ 6 ）： 1410 - 1415 . doi: 10.1021/ja01198a050 http://dx.doi.org/10.1021/ja01198a050

VOIT E I ， DAVIDOVICH R L ， UDOVENKO A A ， et al . The structure and vibrational spectra of gallium（Ⅲ） fluoride dimeric complex with tetramethylammonium cation ［J］. Opt. Spectrosc. ， 2019 ， 127 （ 6 ）： 984 - 990 . doi: 10.1134/s0030400x19120300 http://dx.doi.org/10.1134/s0030400x19120300

JIN Y ， FANG M H ， GRINBERG M ， et al . Narrow red emission band fluoride phosphor KNaSiF 6 ∶Mn 4+ for warm white light-emitting diodes ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2016 ， 8 （ 18 ）： 11194 - 11203 . doi: 10.1021/acsami.6b01905 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.6b01905

姬海鹏 . Mn 4+ 离子光谱学基础［J］. 发光学报， 2022 ， 43 （ 8 ）： 1175 - 1187 . doi: 10.37188/cjl.20220102 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220102

JI H P . Basic knowledge for understanding spectroscopic property of Mn 4+ ion ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 8 ）： 1175 - 1187 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220102 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220102

OK K M . Toward the rational design of novel noncentrosymmetric materials： factors influencing the framework structures ［J］. Acc. Chem. Res. ， 2016 ， 49 （ 12 ）： 2774 - 2785 . doi: 10.1021/acs.accounts.6b00452 http://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.6b00452

ZHONG J S ， CHEN D Q ， CHEN X ， et al . Efficient rare-earth free red-emitting Ca 2 YSbO 6 ∶Mn 4+ ， M （ M = Li + ， Na + ， K + ， Mg 2+ ） phosphors for white light-emitting diodes ［J］. Dalton Trans. ， 2018 ， 47 （ 18 ）： 6528 - 6537 . doi: 10.1039/c8dt00992a http://dx.doi.org/10.1039/c8dt00992a

WANG X F ， WANG Y ， MARQUES-HUESO J ， et al . Improving optical temperature sensing performance of Er 3+ doped Y 2 O 3 microtubes via Co-doping and controlling excitation power ［J］. Sci. Rep. ， 2017 ， 7 （ 1 ）： 758-1-13 . doi: 10.1038/s41598-017-00838-w http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-00838-w

FAN H ， LU Z Z ， MENG Y B ， et al . Optical temperature sensor with superior sensitivity based on Ca 2 LaSbO 6 ∶Mn 4+ ， Eu 3+ phosphor ［J］. Opt. Laser Technol. ， 2022 ， 14 ： 107804-1 - 5 . doi: 10.1016/j.optlastec.2021.107804 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107804

FANG Y Y ， ZHANG Y P ， ZHANG Y P ， et al . Achieving high thermal sensitivity from ratiometric CaGdAlO 4 ∶Mn 4+ ， Tb 3+ thermometers ［J］. Dalton Trans. ， 2021 ， 50 （ 38 ）： 13447 - 13458 . doi: 10.1039/d1dt02185k http://dx.doi.org/10.1039/d1dt02185k

SENDEN T ， VAN DIJK-MOES R J A ， MEIJERINK A . Quenching of the red Mn 4+ luminescence in Mn 4+ -doped fluoride LED phosphors ［J］. Light： Sci. Appl. ， 2018 ， 7 ： 8-1 - 13 . doi: 10.1038/s41377-018-0013-1 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-018-0013-1

CAO R P ， ZHANG W J ， CHEN T ， et al . Perovskite tungstate Ba 2 La 2 ZnW 2 O 12 ∶Mn 4+ phosphor： synthesis， energy transfer and tunable emission ［J］. Mater. Res. Bull. ， 2021 ， 137 ： 111200-1 - 7 . doi: 10.1016/j.materresbull.2020.111200 http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2020.111200

CAI P Q ， QIN L ， CHEN C L ， et al . Optical thermometry based on vibration sidebands in Y 2 MgTiO 6 ∶Mn 4+ double perovskite ［J］. Inorg. Chem. ， 2018 ， 57 （ 6 ）： 3073 - 3081 . doi: 10.1021/acs.inorgchem.7b02938 http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b02938

YANG Z B ， WANG Z J ， ZHENG M J ， et al . Excitation selective thermal characteristics of Mg 28 Ge 7.55- x Ga x O 32 F 15.04 ∶Mn 4+ and application in single/dual-mode optical thermometry ［J］. Mater. Today Commun. ， 2021 ， 28 ： 102660 . doi: 10.1016/j.mtcomm.2021.102660 http://dx.doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102660

CAI P Q ， WANG X F ， SEO H J . Excitation power dependent optical temperature behaviors in Mn 4+ doped oxyfluoride Na 2 WO 2 F 4 ［J］. Phys. Chem. Chem. Phys. ， 2018 ， 20 （ 3 ）： 2028 - 2035 . doi: 10.1039/c7cp07123j http://dx.doi.org/10.1039/c7cp07123j

王晶（1992 -），女，山东潍坊人，博士，讲师， 2020年于韩国釜庆大学获得博士学位，主要从事稀土与过渡金属离子发光材料的研究。. doi: 10.1039/c7cp07123j http://dx.doi.org/10.1039/c7cp07123j

E⁃mail: jingwang9212 @ 126 . com . doi: 10.1039/c7cp07123j http://dx.doi.org/10.1039/c7cp07123j

宋明君（1981 -），男，山东济宁人，博士，教授， 2009年于中国科学院福建物质结构研究所获得博士学位，主要从事激光晶体与稀土发光材料的研究。. doi: 10.1039/c7cp07123j http://dx.doi.org/10.1039/c7cp07123j

E⁃mail: smj521209 @ 126 . com . doi: 10.1039/c7cp07123j http://dx.doi.org/10.1039/c7cp07123j

Views

104

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⁺

Methods for Evaluating Hydrolytic Degradation of Mn⁴⁺-activated Fluoride Phosphors

Mn⁴⁺-activated Fluoride Phosphors with Dominant Photoluminescence Wavelength Longer than 631 nm

Luminescent Properties and Temperature Sensing of Ca₂MgTeO₆∶Bi³⁺, Mn⁴⁺ Phosphors

Related Author

LU Ji-tao

WU Ya-hong

SONG Ming-jun

DONG Yu

HAO Puyan

ZHU Rui

JIA Mengzhen

LI Tingting

Related Institution

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

School of Materials Science and Engineering， Zhengzhou University

College of Physics， Taiyuan University of Technology

Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials（Ministry of Education） & School of Materials Science and Engineering， Northeastern University

School of Energy and Engineer， Jiangxi University of Science and Technology

AI问答

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