Nd³⁺,Ho³⁺-Codoped apatite-related NaLa₉(GeO₄)₆O₂ phosphors for the near- and middle-infrared region

Abstract

The apatite-like NaLa9(GeO4)6O2:Nd3+,Ho3+ phosphor is prepared using the solid-state method. Rietveld refinement of high-resolution time-of-flight neutron powder diffraction measurements indicate that this compound crystallizes in the hexagonal system with space group P63/m, Z = 1 and unit cell parameters a = 9.88903(6) Å, c = 7.25602(5) Å, V = 614.521(7) Å3 at room temperature. The 4f sites are statistically occupied by La, Nd and Na, while 6h sites are occupied by La and Nd. Luminescence in the near- and middle-IR range caused by the transitions in neodymium and holmium ions is excited under 808 nm laser diode radiation. The highest emission intensity in NaLa9-x-yNdxHoy(GeO4)6O2 is attained at trace amounts of holmium, and it decreases sharply when y increases to 0.01. The IR phosphors have a good thermal stability and exhibit a very weak upconversion emission in the red spectral range upon 808 nm excitation. A scheme of excitation and emission pathways involving ground/excited state absorption, energy transfer, cross-relaxation, nonradiative multiphonon relaxation processes in Nd3+ and Ho3+ ions has been proposed. The data analysis indicates that Nd3+ ions serve as sensitizers for Ho3+ ions in these compounds, stimulating intense 2.1 μm and 2.7 μm emissions. These apatite-related germanate phosphors are promising materials for near- and middle-infrared solid-state lighting applications.

Люминофор Ближнего И Коротковолнового Ик-Диапазона На Основе Ниобата Литий-Лантана Со Структурой Кубического Граната

“…5). Величины времени жизни 5 I 7 уровня в ионах Ho 3+ для этих соединений составляют 186, 164 и 124 µs при y = 1.4 • 10 −7 , y = 0.025 и y = 0.05, и близки к значениям, полученным для допированных гольмием фосфатов и германатов [12,29,30].…”

“…Вследствие слабой интенсивности линий, зависимость интенсивности апконверсионной люминесценции от подводимой мощности возбуждения, позволяющая определить число поглощенных ИК-фотонов, необходимых для излучения одного фотона в видимой области спектра, не может быть корректно измерена. Основываясь на расположении энергетических уровней иона гольмия и учитывая ранее полученные данные для германиевых соединений [12], следует ожидать протекание двухфотонного процесса. Таким образом, заполнение 5 F 2 , 3 K 8 уровня иона Ho 3+ может происходить двумя различными путями: кросс-релаксационным процессом, по указанной выше схеме, и, в меньшей мере, за счет поглощения возбужденным состоянием в Ho 3+ : 5 [31,36,37].…”

“…Ранее было обнаружено, что следовые количества ионов Er 3+ и Tm 3+ , не превышающие 10 −5 −10 −6 wt.%, являются причиной возникновения ап-конверсии в видимом спектральном диапазоне в кристаллах YVO 4 : Nd 3+ и KGd(WO 4 ) 2 [8,9]. Кроме того, для ряда германиевых соединений, допированных неодимом и гольмием, показано, что максимальная интенсивность люминесценции в диапазоне длин волн 2−3 µm наблюдается при следовых концентрациях ионов Ho 3+ [10][11][12][13]. Аналогично, небольшое содержание ионов Tm 3+ (0.001−0.025 at.%) является достаточным для эффективной сенсибилизации ионов Er 3+ и заметно увеличивает интенсивность эмиссии при 2.7 µm в Y 3 Al 5 O 12 : Er 3+ , Tm 3+ [14], и, напротив, концентрация Pr 3+ более 10 −4 mass.% приводит к заметному уменьшению интенсивности и длительности люминесценции стоксовых ИК-полос излучения ионов Nd 3+ в диапазоне 0.86−1.40 µm в известном ИК-люминофоре YPO 4 : Nd 3+ [15].…”

Color Tuning from Greenish-Yellow to Orange-Red in Thermal-Stable KBaY(MoO4)3:Dy3+, Eu3+ Phosphors via Energy Transfer for UV W-LEDs

“…Therefore, searching for an appropriate host material for rare earth ion doping is a crucial point to obtain good luminescence properties. Recently, several kinds of host materials comprising molybdates, tungstate, germinate, vanadates, phosphates, ,, titanates, silicate, niobates, and borate ,, have been selected as candidates for rare earth ion doping, in which molybdates are extensively investigated on account of their high chemical and physical stability properties, effective charge transfer (CT) absorption band, low preparation temperature and so forth. In order to acquire a better interpretation on their excellent properties, a large amount of efforts has been devoted to rare earth ion-doped molybdate phosphors. − In 1990, a series of novel KBaRE­(MoO 4 ) 3 (RE = La–Lu, Y, and Sc) were the first reported compounds by Kozhevnikova et al Until 2015, the Nd 3+ -doped laser crystal KBaY­(MoO 4 ) 3 was synthesized via a single crystal growth method by Wang’s group, in which the structural details were analyzed, showing its monoclinic system with space group C 2/ c .…”

Люминесцентные свойства в видимом и коротковолновом ИК-спектральных диапазонах апатитов Sr-=SUB=-2-=/SUB=-La-=SUB=-8-x-=/SUB=-Tm-=SUB=-x-=/SUB=-(GeO-=SUB=-4-=/SUB=-)-=SUB=-6-=/SUB=-O-=SUB=-2-=/SUB=- (x= 0.1-1.0)

“…Работ, затрагивающих перспективы применения данных соединений для ИК-приложений, значительно меньше. Тем не менее ранее была показана возможность использования составов на основе кремниевых и германиевых апатитов, активированных Nd 3+ , Yb 3+ , Nd 3+ /Ho 3+ , Ho 3+ /Er 3+ /Tm 3+ в качестве активных сред для твердотельных лазеров и люминофоров ближнего и коротковолнового ИК-диапазонов [21][22][23][24]. Наиболее эффективными активаторами для получения интенсивной эмиссии в интервале 1−3 µm являются ионы с развитой системой мультиплетов, такие как Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3+ и Tm 3+ .…”