Исследования технологии синтеза и характеристик перестраиваемости люминесценции в люминофорах BaGeTeO6:Yb3+/Ho3+

Liu Shengyi, Gao Duan, Wang Li, Song Wenbin, Zhang Zhiliang, Zhu Ying, Xiao P., Gao S., Zhang Qi

Ссылка для цитирования:

Liu S., Gao D., Wang L., Song W., Zhang Z., Zhu Y., Xiao P., Gao S., Zhang Q. Synthesis and luminescence tunability studies in new upconverting BaGeTeO₆:Yb³⁺/Ho³⁺ phosphors [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 7. P. 88–100. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-88-100

Liu S., Gao D., Wang L., Song W., Zhang Z., Zhu Y., Xiao P., Gao S., Zhang Q. Synthesis and luminescence tunability studies in new upconverting BaGeTeO₆:Yb³⁺/Ho³⁺ phosphors (Исследования технологии синтеза и характеристик перестраиваемости люминесценции в люминофорах BaGeTeO₆:Yb³⁺/Ho³⁺) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 7. С. 88–100. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-88-100

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Люминесцентные и температурно-чувствительные свойства люминофоров BaGeTeO₆, легированных Ho³⁺/Yb³⁺. Цель работы. Синтез и экспериментальное изучение структурных и оптических свойств люминофоров BaGeTeO₆:Ho³⁺/Yb³⁺ с целью оценки их пригодности в качестве экологически чистых люминесцентных материалов с повышенным преобразованием оптического излучения и как сенсоров температуры. Метод. Люминофоры BaGeTeO₆, легированные ионами Ho³⁺ и Yb³⁺, получены методом высокотемпературного твердофазного синтеза. Состав люминофора контролировался по рентгеновской дифракции на кристаллической решетке, для уточнения структурной информации применен метод Ритвельда. Основные результаты. Анализ результатов работы выявил требуемые изменения параметров и объема элементарной ячейки при легировании ионами Ho³⁺ и Yb³⁺, что подтверждает замещение Ba²⁺ ионами Ho³⁺ и Yb³⁺. При возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 980 нм полученный люминофор демонстрирует усиление излучения с повышением конверсии, сосредоточенное на длине волны 546 нм, наряду с более слабым излучением на длинах волн 666 и 757 нм, что объясняется переходами Ho³⁺ (⁵S₂, ⁵F₅ ® ⁵I₈, ⁵F₅ ® ⁵I₈, ⁵S₂, ⁵F₄ ® ⁵I₇). Определены оптимальные концентрации примесей: Ho³⁺ — 5 мол % и Yb³⁺ — 30 мол %. Получена относительная чувствительность при изменении измерения температуры не менее 0,0072 K^–1. Практическая значимость. Полученные результаты подтверждают эффективность использования рассмотренных экологически чистых люминофоров с повышенным коэффициентом преобразования. Исследованные материалы потенциально могут являться базой для разработки высокочувствительных сенсоров температуры, что расширяет возможности их применения в перспективных технологиях оптического зондирования.

Ключевые слова:

лантаноиды, люминесценция с повышенным преобразованием, термическая чувствительность, люминофоры BaGeTeO6

Благодарность:

Национальному фонду естественных наук провинции Ляонин, Китай (2025-MS-310) и Национальному фонду естественных наук Китая (52201065).

Коды OCIS: 300.6280

Список источников:

1. Auzel F. Upconversion and anti-Stokes processes with f and d ions in solids // Chem. Rev. 2004. V. 104. № 1. P. 139‒173. DOI: 10.1021/cr020357g

2. Haase M., Schafer H. Upconverting nanoparticles // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. № 26. P. 5808. DOI: 10.1002/anie.201005159

3. Hou X.R., Zhou S.M., Jia T.T. Effect of Nd concentration on structural and optical properties of Nd transparent ceramic // J. Lumin. 2011. V. 131. P. 1953‒1958. DOI: 10.1016/j.jlumin.2011.03.059

4. Li T., Guo C.F., Yang Y.M. Efficient green up-conversion emission in Yb³⁺/Ho³⁺ co-doped CaIn₂O₄ // Acta Mater. 2013. V. 61. P. 7481‒7487. DOI: 10.1016/j.actamat.2013.08.060

5. Sun J.Y., Xue B., Sun G.C. Yellow upconversion luminescence in Ho³⁺/Yb³⁺ co-doped Gd₂Mo₃O₉ phosphor // J. Rare Earths. 2013. V. 31. № 8. P. 741. DOI: 10.1016/S1002-0721(12)60351-2

6. Singh V., Rai V.K., Haase M. NIR to visible frequency upconversion in Er³⁺ and Yb³⁺ codoped ZrO₂ phosphor // J. Appl. Phys. 2012. V. 113. № 3. P. 747‒753. DOI: 10.1007/s00339-013-7583-9

7. Dong B., Cao B.S., He Y.Y. Temperature sensing and in vivo imaging by molybdenum sensitized visible upconversion luminescence of rare earth oxides // Adv. Mater. 2012. V. 24. P. 1987‒1993. DOI: 10.1002/adma.201200431

8. Zhao D., Xue Y.L., Fan Y.C. A new series of rare-earth borate phosphate family CsNa₂Ln₂(BO₃)(PO₄)₂ (Ln = Ho, Er, Tm, Yb): Tunnel structure, upconversion luminescence and optical thermometry properties // J. Alloys Compd. 2021. V. 866. P. 158801. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.158801

9. Erdem M., Orücü H., Cantürk S.B., et al. Upconversion Yb³⁺/Er³⁺: Gadolinium gallium garnet nanocrystals for white-light emission and optical thermometry // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. P. 7162. DOI: 10.1021/acsanm.1c01140

10. Brites C.D.S., Fiaczyk K., Ramalho J.F.C.B. Widening the temperature range of luminescent thermometers through the intra- and interconfigurational transitions of Pr³⁺ // Adv. Opt. Mater. 2018. V. 6. P. 1701318. DOI: 10.1002/adom.201701318

11. Jlassi I., Mnasri S., Elhouichet H. Concentration dependent spectroscopic behavior of Sm³⁺-doped sodium fluoro-phosphates glasses for orange and reddish-orange light emitting applications // J. Lumin. 2018. V. 199. P. 516–527. DOI: 10.1016/j.jlumin.2018.03.023

12. Yin X.M., Wang H. High color purity red emission of Y₂Ti₂O₇, Er³⁺ under 1550 and 980 nm excitation // J. Lumin. 2017. V. 182. P. 183–188. DOI: 10.1016/j.jlumin.2016.10.032

13. Kolobkova E., Mironov L.Yu., Apanasevich P.A. Cooperative energy transfer as a probe of clustering in Yb³⁺ doped fluoroaluminate glasses // J. Lumin. 2023. V. 257. P. 119755‒119762. DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.119755

14. Grzyb T., Balabhadra S. Upconversion luminescence in BaYF₅, BaGdF₅ and BaLuF₅ nanocrystals doped with Yb³⁺/Ho³⁺, Yb³⁺/Er³⁺ or Yb³⁺/Tm³⁺ ions // J. Alloys Compd. 2015. V. 649. P. 606–616. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.07.151

15. Du S., Wang D., Qiang Q. The dual-model up/down-conversion green luminescence of Gd₆O₅F₈: Yb³⁺, Ho³⁺, Li⁺ and its application for temperature sensing // J. Mater. Chem. C. 2016. V. 4. P. 7148‒7155. DOI: 10.1039/C6TC01812B

16. Liu S.Y., Gao D., Wang L. Influence of Tm³⁺ concentration on long afterglow and photostimulated luminescence properties of Eu²⁺-doped Sr₁Al₂Si₂O₈ blue phosphors // Russ. Phys. J. 2023. V. 66. P. 655–665. DOI: 10.1007/s11182-023-02989-y

17. Cao Q., Yu Y., Wang X. Up-conversion luminescence, temperature dependence and ferroelectric properties in Ho³⁺ and Yb³⁺ co-doped Bi₃TiNbO₉ multifunctional ceramics // Ferroelectrics 2015. V. 489. P. 51‒59. DOI: 10.1080/00150193.2015.1071645

18. Jiang Y., Shen R., Li X. Concentration effects on the upconversion luminescence in Ho³⁺/Yb³⁺ co-doped NaGdTiO₄ phosphor // Ceram. Int. 2012. V. 38. P. 5045‒5051. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.03.006

19. Etchart I., Hernández I., Huignard A. Efficient oxide phosphors for light upconversion; green emission from Yb³⁺ and Ho³⁺ co-doped Ln₂BaZnO₅ (Ln = Y, Gd) // J. Mater. Chem. A. 2011. V. 21. P. 1387‒1394. DOI: 10.1039/C0JM01652G

20. Liu Z., Jiang G., Wang R. Temperature and concentration effects on upconversion photoluminescence properties of Ho³⁺ and Yb³⁺ codoped 0.67Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃–0.33PbTiO₃ multifunctional ceramics // Ceram. Int. 2016. V. 42. P. 11309‒11313. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.04.049