Propriedades mecanoluminescentes do composto aniônico híbrido Ba2Gd(BO3)2Cl∶Ln

HE Wei ,  

PAN Xin ,  

YANG Rujun ,  

ZHUANG Yixi ,  

XIE Rongjun ,  

摘要

Materiais mecanoluminescentes possuem a característica única de converter estímulos mecânicos em emissão de fótons, sendo amplamente aplicados em campos de sensoriamento mecânico, como diagnóstico da saúde estrutural, proteção de informações, engenharia biológica e pele eletrônica. No entanto, os tipos relatados de materiais mecanoluminescentes são limitados, e a compreensão dos processos de transição de portadores relacionados à mecanoluminescência é insuficiente, o que limita significativamente seu desenvolvimento e aplicação. Para resolver esses problemas, este trabalho desenvolveu um novo material mecanoluminescente aniônico híbrido Ba2Gd(BO3)2Cl∶Ln (Ln = Eu, Tb, Dy, Sm, Nd) e investigou suas propriedades fotoluminescentes e os processos de transição de portadores relacionados. O estudo examinou a estrutura, morfologia, propriedades fotoluminescentes e mecanoluminescentes da amostra por difração de raios X em pó, microscopia eletrônica de varredura e espectros estacionários e transientes sob excitação multimodal, propondo um possível mecanismo de emissão para este material. Os resultados mostraram que, sob excitação luminosa de 280 nm, os picos de emissão de Ba2Gd⁃(BO3)2Cl∶Eu estão localizados em 536, 594, 613, 625, 654, 695, 710 nm; o primeiro pico largo e os demais picos estreitos correspondem respectivamente à emissão de Eu2+ e Eu3+, indicando estado de valência mista do Eu dopado. Sob ação mecânica, Ba2Gd(BO3)2Cl∶Eu apresenta quase exclusivamente emissão laranja-vermelha de Eu3+, possivelmente devido à excitação preferencial de elétrons da banda de valência na matriz pela ação mecânica. Além disso, a concentração ideal de dopagem de Eu para fotoluminescência e mecanoluminescência é de 2%. Em uma faixa de energia de impacto de 0,23 a 1,55 mJ, a intensidade da mecanoluminescência é linearmente proporcional à energia do impacto. Alterando o tipo de elementos lantanídeos dopantes, foi possível estender a mecanoluminescência da região da luz visível para a região do infravermelho próximo. Este trabalho fornece insights para explicar o mecanismo da mecanoluminescência em materiais com valência mista e apresenta valor potencial de aplicação no campo da detecção de estresse.

关键词

mecanoluminescência;materiais luminescentes dopados com terras raras;compostos aniônicos híbridos;transferência de energia;mecanismo de mecanoluminescência

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