颜色可调CsLa（WO4）2∶Pr3+荧光粉的光致发光和温度传感特性

刘芳芳; 郑庆华; 宋明君; 李荣青; 夏峥嵘; 童悦; 周薇薇; 赵旺

doi:10.37188/CJL.20230055

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

颜色可调CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺荧光粉的光致发光和温度传感特性

材料合成及性能 | 更新时间：2023-09-28

- 颜色可调CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺荧光粉的光致发光和温度传感特性
  增强出版
- Photoluminescence and Temperature Sensing Properties of Color-tunable CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺ Phosphors
- 发光学报 2023年44卷第9期页码：1570-1580
- 作者机构：
  
  1.淮南师范学院电子工程学院，安徽淮南　232038
  2.潍坊学院化学化工与环境工程学院，山东潍坊　261061
- 作者简介：
  
  [ "刘芳芳（1984-），女，安徽无为人，硕士，讲师，2011年于华东师范大学获得硕士学位，主要从事稀土发光材料和器件的研究。" ]
  [ "赵旺（1982-），男，河北石家庄人，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，主要从事稀土发光材料与器件的研究。 E-mail： wzhao@hnnu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  安徽省高校杰出青年科研项目(2022AH020087);安徽省自然科学基金(2108085MB53);安徽省高等学校自然科学基金(KJ2020A0647);淮南市科技计划项目(144);淮南师范学院校级研究项目(2020XJYB003)
- DOI：10.37188/CJL.20230055
  中图分类号：
扫描看全文
刘芳芳, 郑庆华, 宋明君, 等. 颜色可调CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺荧光粉的光致发光和温度传感特性[J]. 发光学报, 2023,44(9):1570-1580.

LIU Fangfang, ZHENG Qinghua, SONG Mingjun, et al. Photoluminescence and Temperature Sensing Properties of Color-tunable CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺ Phosphors[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2023,44(9):1570-1580.
刘芳芳, 郑庆华, 宋明君, 等. 颜色可调CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺荧光粉的光致发光和温度传感特性[J]. 发光学报, 2023,44(9):1570-1580. DOI： 10.37188/CJL.20230055.

LIU Fangfang, ZHENG Qinghua, SONG Mingjun, et al. Photoluminescence and Temperature Sensing Properties of Color-tunable CsLa（WO₄）₂∶Pr³⁺ Phosphors[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2023,44(9):1570-1580. DOI： 10.37188/CJL.20230055.

摘要

利用高温固相法制备了一系列不同Pr,3+,掺杂浓度的CsLa（WO,4,）,2,荧光粉，测试了X射线衍射（XRD）、漫反射光谱、激发光谱、发射光谱与荧光衰减曲线，讨论了光致发光光谱与浓度、温度的联系，并基于荧光强度比（FIR）技术计算得出温度传感相关参数。CsLa（WO,4,）,2,∶Pr,3+,主要呈现源自,3,P,0,和,1,D,2,能级的发射，对应的最佳掺杂浓度分别为0.03和0.01，经证实电偶极⁃电偶极相互作用导致了浓度猝灭。,3,P,0,与,1,D,2,能级的发射随温度变化趋势不同，这主要归因于Pr,3+,⁃W,6+,的价间电荷迁移（IVCT）、交叉弛豫（CR）和多声子弛豫（MPR）等过程的综合作用。由于上述发射表现出不同的浓度和温度依赖特性，实现了颜色可调谐发光。基于,3,P,1,→,3,H,5,/,3,P,0,→,3,H,4,热耦合能级对和,1,D,2,→,3,H,4,/,3,P,0,→,3,H,4,非热耦合能级对的FIR，计算得到相对灵敏度分别为586.01/,T,2, K,-1,和1 071.78/,T,2, K,-1,，表明该材料在温度传感领域具有潜在应用价值。

Abstract

A series of CsLa（WO,4,）,2, phosphors with different doping concentrations of Pr,3+, were prepared by the high temperature solid-state method. X-ray diffraction （XRD）， diffuse reflectance spectra， excitation spectra， emission spectra and fluorescence decay curves were analyzed. The concentration and temperature-dependent luminescent properties were investigated. The fluorescence temperature sensing parameters were calculated based on the fluorescence intensity ratio （FIR） technique. The optimal doping concentrations of Pr,3+, for the emissions from ,3,P,0, and ,1,D,2, levels in CsLa（WO,4,）,2, were found to be 0.03 and 0.01， respectively， and it was confirmed that concentration quenching was caused by the dipole-dipole interactions. The emission trends of ,3,P,0, and ,1,D,2, levels were different with temperature， mainly due to the effects of the cross-over process to Pr,3+,-W,6+, intervalence charge transfer （IVCT） state， cross relaxation process and multiphonon relaxation process. The different concentration and temperature-dependent characteristics of the emissions from ,3,P,0, and ,1,D,2, levels enabled tunable color emissions. According to the fluorescence intensity ratio （FIR） of ,3,P,1,→,3,H,5,/,3,P,0,→,3,H,4, thermally coupled energy levels and ,1,D,2,→,3,H,4,/,3,P,0,→,3,H,4, non-thermally coupled energy levels， the calculated relative sensitivities were 586.01/,T,2,·K,-1, and 1 071.78/,T,2,·K,-1,， respectively， indicating the potential application of this material in temperature sensing.

关键词

Pr3+CsLa（WO4）2光致发光温度传感荧光强度比（FIR）

Keywords

Pr3+CsLa（WO4）2photoluminescencetemperature sensingfluorescence intensity ratio （FIR）

references

WANG S X， MA S W， WU J M， et al. A promising temperature sensing strategy based on highly sensitive Pr3+-doped SrRE2O4 （RE = Sc， Lu and Y） luminescent thermometers ［J］. Chem. Eng. J.， 2020， 393： 124564-1-10. doi: 10.1016/j.cej.2020.124564http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2020.124564

周慧丽，吴锋，张志宏，等. Lu2O3∶Er3+/Yb3+荧光材料的上转换发光及其温度传感特性［J］. 发光学报， 2022， 43（2）： 192-200. doi: 10.37188/cjl.20210363http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210363

ZHOU H L， WU F， ZHANG Z H， et al. Upconversion luminescence and temperature sensing characteristics of Lu2O3∶Er3+/Yb3+ phosphor ［J］. Chin. J. Lumin.， 2022， 43（2）： 192-200. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210363http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210363

WANG Z L， CHEN X， LUO M， et al. The optical properties of Mn4+ ions in Ba2CaWO6 with double perovskite structure for optical thermometer application ［J］. Mater. Res. Bull.， 2022， 156： 112004-1-9. doi: 10.1016/j.materresbull.2022.112004http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2022.112004

TANG W， NI H Y， ZHANG Q H， et al. Novel optical temperature sensor based on emission in Pr3+ doped ferroelectric Ba0.7Sr0.3TiO3 ［J］. RSC Adv.， 2018， 8（42）： 23996-24001. doi: 10.1039/c8ra04228dhttp://dx.doi.org/10.1039/c8ra04228d

ZHOU H， GAO W H， CAI P C， et al. Investigation on luminescence and temperature sensing properties of Pr3+-doped YVO4 phosphors ［J］. Solid State Sci.， 2020， 104： 106283-1-6. doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2020.106283http://dx.doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2020.106283

高祥，赵凤杰，张子龙，等. 近紫外光激发下KBaGd（MoO4）3∶Er3+的下转换发光及温度传感特性［J］. 发光学报， 2022， 43（10）： 1564-1573. doi: 10.37188/cjl.20220234http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220234

GAO X， ZHAO F J， ZHANG Z L， et al. Down-conversion luminescence and temperature sensing characters of KBaGd⁃（MoO4）3∶Er3+ under NUV excitation ［J］. Chin. J. Lumin.， 2022， 43（10）： 1564-1573. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20220234http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220234

俞淳善，田莲花. Ca4LaNbMo4O20∶Pr3+荧光粉的发光性质［J］. 发光学报， 2012， 33（5）： 499-503. doi: 10.3788/fgxb20123305.0499http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20123305.0499

YU C S， TIAN L H. Photoluminescence characteristics of Ca4LaNbMo4O20∶Pr3+ ［J］. Chin. J Lumin.， 2012， 33（5）： 499-503. （in Chinese）. doi: 10.3788/fgxb20123305.0499http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20123305.0499

MOROZOV O A， KORABLEVA S L， PUDOVKIN M S， et al. Pr3+∶LiGdF4 microparticles for optical temperature sensing ［J］. Solid State Commun.， 2022， 351： 114792-1-8. doi: 10.1016/j.ssc.2022.114792http://dx.doi.org/10.1016/j.ssc.2022.114792

RAGHUPATHI P， JAMALAIAH B C， NUTALAPATI V， et al. Optical analysis of Pr3+-doped Li6AlGd（BO3）4 phosphors for white LEDs ［J］. J. Mater Sci⁃Mate. Electron.， 2022， 33（16）： 12771-12782. doi: 10.1007/s10854-022-08223-8http://dx.doi.org/10.1007/s10854-022-08223-8

张晓伟，张粟，李晓东，等. Pr3+在石榴石结构Ca2LuScGa2Ge2O12中的温度响应性质［J］. 中国稀土学报， 2021， 40（5）： 752-760.

ZHANG X W， ZHANG S， LI X D， et al. Temperature response properties of Pr3+ in Ca2LuScGa2Ge2O12 with garnet structure ［J］. J. Chin. Soc. Rare Earths， 2021， 40（5）： 752-760. （in Chinese）

JANA S， MONDAL A， MANAM J， et al. Pr3+ doped BaNb2O6 reddish orange emitting phosphor for solid state lighting and optical thermometry applications ［J］. J. Alloys Compd.， 2020， 821： 153342-1-12. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.153342http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153342

WANG Y J， TSIUMRA V， PENG Q， et al. Hole trapping process and highly sensitive ratiometric thermometry over a wide temperature range in Pr3+-doped Na2La2Ti3O10 layered perovskite microcrystals ［J］. J. Phys. Chem. A， 2019， 123（18）： 4021-4033. doi: 10.1021/acs.jpca.9b01759http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpca.9b01759

BALAJI D， DURAIRAJAN A， THANGARAJU D， et al. Investigation of structural and luminescent properties of Pr3+ activated CsGd（WO4）2 by sol⁃gel synthesis ［J］. Mater. Sci. Eng. B Adv.， 2013， 178（10）： 762-767. doi: 10.1016/j.mseb.2013.03.008http://dx.doi.org/10.1016/j.mseb.2013.03.008

KAMINSKII A A， PAVLYUK A A， KURBANOV K， et al. Growth of CsLa（WO4）2-Nd3+ crystals and study of their spectral-generation properties ［J］. Inorg. Mater.， 1988， 24： 1144-1150.

XIONG F B， ZHANG Z W， LIN H F， et al. Luminescent properties of deep red light-emitting phosphors NaGd（WO4）2∶Pr3+ for blue LED ［J］. Opt. Mater.， 2015， 42： 394-398. doi: 10.1016/j.optmat.2015.01.034http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2015.01.034

ZHAO W， ZHOU W W， SONG M J， et al. Modified Czochralski growth and characterization of Nd3+-doped CsLa（WO4）2 crystal ［J］. J. Cryst. Growth， 2011， 332（1）： 87-93. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2011.07.026http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2011.07.026

TRUNOV V K， RYBAKOV V K. Structure of α-RbLa（MoO4）2 ［J］. J. Struct. Chem.， 1971， 12（3）： 500-501. doi: 10.1007/bf00744648http://dx.doi.org/10.1007/bf00744648

WANG J W， CHEN N， LI J Y， et al. A novel high-sensitive optical thermometer based on the multi-color emission in Pr3+ doped LiLaMgWO6 phosphors ［J］. J. Lumin.， 2021， 238： 118240-1-9. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118240http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118240

WANG Q， ZHU G， LI Y Y， et al. Photoluminescent properties of Pr3+ activated Y2WO6 for light emitting diodes ［J］. Opt. Mater.， 2015， 42： 385-389. doi: 10.1016/j.optmat.2015.01.032http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2015.01.032

BOUTINAUD P， CAVALLI E， BETTINELLI M. Emission quenching induced by intervalence charge transfer in Pr3+- or Tb3+-doped YNbO4 and CaNb2O6 ［J］. J. Phys. Condens. Matter.， 2007， 19（38）： 386230-1-11. doi: 10.1088/0953-8984/19/38/386230http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/19/38/386230

ZHOU W W， SONG M J， ZHANG Y， et al. Color tunable luminescence and optical temperature sensing performance in a single-phased KBaGd（WO4）3∶Dy3+， Eu3+ phosphor ［J］. Opt. Mater.， 2020， 109： 110271-1-10. doi: 10.1016/j.optmat.2020.110271http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110271

庹娟，叶颖，赵海琴，等. Li+、Na+共掺（YxGdyLu1-x-y）2O3∶0.5%Pr3+荧光粉的制备及发光特性研究［J］. 中国光学， 2019， 12（6）： 1279-1287. doi: 10.3788/co.20191206.1279http://dx.doi.org/10.3788/co.20191206.1279

TUO J， YE Y， ZHAO H Q， et al. Preparation and luminescence properties of Li+， Na+ co-doped （YxGdyLu1-x-y）2O3∶0.5%Pr3+ phosphors ［J］. Chin. Opt.， 2019， 12（6）： 1279-1287. （in Chinese）. doi: 10.3788/co.20191206.1279http://dx.doi.org/10.3788/co.20191206.1279

庹娟，王林香，叶颖，等. 金属离子Li+， Na+， K+， Ca2+， Ba2+掺杂Lu2O3∶Pr3+荧光粉的制备及发光特性研究［J］. 发光学报， 2018， 39（3）： 307-314.

TUO J， WANG L X， YE Y， et al. Preparation and luminescence properties of Lu2O3∶Pr3+ phosphors codoped with Li+， Na+， K+， Ca2+， Ba2+ ions ［J］. Chin. J. Lumin.， 2018， 39（3）： 307-314. （in Chinese）

李婷，杨云凌，范雨婷，等. 通过Pr3+掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理［J］. 发光学报， 2021， 42（6）： 818-828. doi: 10.37188/cjl.20210094http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210094

LI T， YANG Y L， FAN Y T， et al. Pr3+ Doped SrZnOS to achieve tunable mechanoluminescence color and mechanoluminescence mechanism ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（6）： 818-828. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210094http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210094

LI L， YANG P X， XIA W D， et al. Luminescence and optical thermometry strategy based on emission and excitation spectra of Pr3+ doped SrMoO4 phosphors ［J］. Ceram. Int.， 2021， 47（1）： 769-775. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.08.187http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.187

LIU C M， PAN F J， PENG Q， et al. Excitation wavelength dependent luminescence of LuNbO4∶Pr3+-influences of intervalence charge transfer and host sensitization ［J］. J. Phys Chem. C， 2016， 120（45）： 26044-26053. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b09806http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b09806

TIAN X Y， LI J L， SHENG H Y， et al. Luminescence and optical thermometry based on silico-carnotite Ca3Y2Si3O12∶Pr3+ phosphor ［J］. Ceram. Int.， 2022， 48（3）： 3860-3868. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.10.171http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.10.171

赵旺，周薇薇，刘淑河，等. BaGd2（MoO4）4∶Tb3+， Eu3+荧光粉的发光特性与能量传递机理［J］. 发光学报， 2019， 40（5）： 581-588.

ZHAO W， ZHOU W W， LIU S H， et al. Luminescent characters and energy transfer mechanisms of BaGd2（MoO4）4∶Tb3+， Eu3+ phosphors ［J］. Chin. J. Lumin.， 2019， 40（5）： 581-588. （in Chinese）

张敏，曹春燕，张陈林，等. Gd2［1-x（y）］Eu2x（y）WzMo（1-z）O6红色荧光粉合成及发光性能［J］. 发光学报， 2022， 43（7）： 1086-1094.

ZHANG M， CAO C Y， ZHANG C L， et al. Synthesis and luminescent properties of Gd2［1-x（y）］Eu2x（y）WzMo（1-z）O6 red phosphors ［J］. Chin. J. Lumin.， 2022， 43（7）： 1086-1094. （in Chinese）

彭晓，阳维维，凌东雄，等. 红色荧光粉Sr3LiSbO6∶Eu3+制备及其发光性质［J］. 发光学报， 2021， 42（4）： 455-461. doi: 10.37188/CJL.20200371http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200371

PENG X， YANG W W， LING D X， et al. Preparation and luminescence properties of red Sr3LiSbO6∶Eu3+ phosphor ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（4）： 455-461. （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20200371http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200371

WU S A， XIONG C W， LIU Z H， et al. Enhanced red emitting of LiY（MoO4）2∶Sm3+ phosphors by Pr3+ for white LED application ［J］. J. Mater. Sci. Mater. Electron.， 2022， 33（17）： 13876-13886. doi: 10.1007/s10854-022-08319-1http://dx.doi.org/10.1007/s10854-022-08319-1

HU Y F， ZHOU F， TIAN X Y， et al. CaSnO3∶Pr3+ phosphor for new application in temperature sensing ［J］. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc.， 2020， 243： 118799-1-10. doi: 10.1016/j.saa.2020.118799http://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2020.118799

WEI M Y， FENG S， TIAN X Y， et al. Albumin assisted sol-gel synthesized SrSnO3∶Pr3+ red persistent phosphors for temperature sensing ［J］. J. Lumin.， 2021， 239： 118328-1-10. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118328http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118328

谢会东，谭玉荣，苏彬彬，等. La2-x-yMgTiO6∶xDy3+， yEu3+白色荧光粉的荧光性能及能量传递［J］. 发光学报， 2019， 40（6）： 713-718. doi: 10.3788/fgxb20194006.0713http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20194006.0713

XIE H D， TAN Y R， SU B B， et al. Luminescent properties and energy transfer of La2-x-yMgTiO6∶xDy3+， yEu3+ white phosphors ［J］. Chin. J. Lumin.， 2019， 40（6）： 713-718. （in Chinese）. doi: 10.3788/fgxb20194006.0713http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20194006.0713

SHI R， LIN L T， DORENBOS P， et al. Development of a potential optical thermometric material through photoluminescence of Pr3+ in La2MgTiO6 ［J］. J. Mater. Chem. C， 2017， 5（41）： 10737-10745. doi: 10.1039/c7tc02661ghttp://dx.doi.org/10.1039/c7tc02661g

ZHOU S S， JIANG G C， WEI X T， et al. Pr3+-doped β-NaYF4 for temperature sensing with fluorescence intensity ratio technique ［J］. J. Nanosci. Nanotechnol.， 2014， 14（5）： 3739-3742. doi: 10.1166/jnn.2014.8010http://dx.doi.org/10.1166/jnn.2014.8010

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

一维光子晶体带边态模式调控的胶体量子点发光性能

Er³⁺掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔的激光性能及其温度传感研究

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

Cd²⁺掺杂Cs₂ZnCl₄黄光荧光粉及其光学性能