Yb3-xErхAl5O12 для оптической термометрии: измерение люминесценции, вызванной переходами с температурно-несвязанных уровней

doi:10.26456/pcascnn/2025.17.015

Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ для оптической термометрии: измерение люминесценции, вызванной переходами с температурно-несвязанных уровней

И.В. Бакланова, В.Н. Красильников, Я.В. Бакланова

ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.015

Оригинальная статья

Аннотация: Допированный эрбием иттербий-алюминиевый гранат был синтезирован прекурсорным способом. Образцы охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. При инфракрасном возбуждении при 980 нм соединения демонстрируют интенсивную апконверсионную красную люминесценцию в видимом диапазоне. Согласно концентрационным зависимостям апконверсионной люминесценции оптимальная концентрация эрбия в соединениях Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ составила x=0,3. Термолюминесцентные характеристики для Yb_2,7Er_0,3Al₅O₁₂ определялись величиной отношения интенсивности полос в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, обусловленных переходами с температурно-несвязанных энергетических уровней ⁴F_9/2 и ₄I_9/2 иона Er³⁺. Определены максимальные значения абсолютной и относительной чувствительности в температурном диапазоне 25-225°C. Полученные результаты показывают обоснованность использования метода сравнения двух люминесцентных линий, отнесенных к термически несвязанным уровням энергии ионов лантаноидов для оптической термометрии, и перспективность применения люминофоров на основе Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ граната в качестве материалов для температурных датчиков.

Ключевые слова: иттербий-алюминиевый гранат, эрбий, прекурсорный синтез, люминесценция, апконверсия

Бакланова Инна Викторовна – к.х.н., старший научный сотрудник, лаборатория квантовой химии и спектроскопии им. профессора А.Л. Ивановского, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
Красильников Владимир Николаевич – д.х.н., главный научный сотрудник, лаборатория неорганического синтеза, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
Бакланова Яна Викторовна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории квантовой химии и спектроскопии им. профессора А.Л. Ивановского, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Ссылка для цитирования:

Бакланова, И.В. Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ для оптической термометрии: измерение люминесценции, вызванной переходами с температурно-несвязанных уровней / И.В. Бакланова, В.Н. Красильников, Я.В. Бакланова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 015-025. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.015. ⎘

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. George, N.C. Phosphors for solid-state white lighting / N.C. George, K.A. Denault, R. Seshadri // Annual Review of Materials Research – 2013. – V. 43. – P. 481-501. DOI: 10.1146/annurev-matsci-073012-125702.
2. Lee, S. Optimization of yttrium aluminum garnet: Ce3+ phosphors for white light-emitting diodes by combinatorial chemistry method / S. Lee, S. Seo // Journal of The Electrochemical Society – 2002. – V. 149. – № 11. – P. J85-J88. DOI: 10.1149/1.1511755.
3. Chen, D. Advances in transparent glass-ceramic phosphors for white light-emitting diodes - A review / D. Chen, W. Xiang X. Liang et al. // Journal of the European Ceramic Society – 2015. – V. 35. – I. 3. – P. 859-869. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.10.002.
4. Xu, L. New role of Yb3+-energy reservoir for lanthanide upconversion luminescence / L. Xu, Y. Liu, Z. Zhou et al. // Nanoscale – 2021. – V. 13. – I. 22. – P. 9978-9988. DOI: 10.1039/D0NR08205H.
5. Auzel, F. Upconversion and anti-stokes processes with f and d ions in solids / F. Auzel // Chemical Reviews. – 2004. – V. 104. – I. 1. – P. 139-174. DOI: 10.1021/cr020357g.
6. Baklanova, I.V. Upconversion multicolor tuning in Er3+ and Yb3+ doped yttrium oxide prepared by precursor technique / I.V. Baklanova, V.N. Krasil'nikov, А.P. Tyutyunnik, Ya.V. Baklanova // Inorganic Chemistry Communications. – 2024. – V. 166. – Art. № 112615. – 11 p. DOI: 10.1016/j.inoche.2024.112615.
7. Thirumavalavan, M. Vibrational spectra of Y3Al5O12 crystals grown from Ba- and Pb-based flux systems / M. Thirumavalavan, J. Kumar, F.D. Gnanam et al. // Infrared Physics – 1986. – V. 26. – I. 2. – P. 101-103. DOI: 10.1016/0020-0891(86)90029-1
8. Zhang, J. Infrared to visible upconversion luminescence in Er3+:Y2O3 transparent ceramics / J. Zhang, S. Wang, L. An et al. // Journal of Luminescence – 2007. – V. 122-123. – P. 8-10. DOI: 10.1016/j.jlumin.2006.01.065.
9. Lu, H. Optical temperature sensing in b-NaLuF4:Yb3+/Er3+/Tm3+ based on thermal, quasi-thermal and non-thermal coupling levels / H. Lu, H. Hao, G. Shi et al. // RSC Advances – 2016. – V. 6. – P. 55307-55311. DOI: 10.1039/c6ra08311k.
10. Zhao, Y. Optical temperature sensing of up-conversion luminescent materials: Fundamentals and progress / Y. Zhao, X. Wang, Y. Zhang et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – V. 817. – Art. № 152691. – 27 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152691.
11. Lipina, O.A. Upconversion luminescence and temperature measurement performance of Ho3+/Yb3+ and Tm3+/Yb3+ codoped Na5Rb7Sc2(WO4)9 phosphors / O.A. Lipina, Ya.V. Baklanova, T.S. Spiridonova, E.G. Khaikina // CrystEngComm – 2024. – V. 26. – I. 3. – P. 277-285. DOI: 10.1039/d3ce01020a
12. Gao, W. A novel upconversion optical thermometers derived from non-thermal coupling levels of CaZnOS:Tm/Yb phosphors / W. Gao, W. Ge, J. Shi et al. // Journal of Solid State Chemistry – 2021. – V. 297. – Art. № 122063. – 7 p. DOI: 10.1016/j.jssc.2021.122063.
13. Han, Q. Optical temperature sensing based on thermal, non-thermal coupled levels and tunable luminescent emission colors of Er3+/Tm3+/Yb3+ tri-doped Y7O6F9 phosphor / Q. Han, H. Hao, J. Yang et al. // Journal of Alloys and Compounds – 2019. – V. 786. – P. 770-778. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.02.047.
14. Li, Z. A promising high-entropy thermal barrier material with the formula (Y0.2Dy0.2Ho0.2Er0.2Yb0.2)3Al5O12 / Z. Li, J. Zheng, W. Zhang et al. // Materials – 2022. – V. 15. – I. 22. – Art. № 8079. – 12 p. DOI: 10.3390/ma15228079.
15. Li, X. Impact of nitridation on the up-conversion luminescence property of Yb3Al5O12:Er3+ phosphors upon 980 nm excitation / X. Li, Z. Guan, Z. Liu et al. // Inorganic Chemistry Communications. – 2024. – V. 160. - Art. № 111905. – 11 p. DOI: 10.1016/j.inoche.2023.111905
16. dos Santos, P.V. Optical temperature sensing using upconversion fluorescence emission in Er3+/Yb3+-codoped chalcogenide glass / P.V. dos Santos, M.T. de Araujo, A.S. Gouveia-Neto, J.A. Medeiros Neto, A.S.B. Sombra // Applied Physics Letters – 1998. – V. 73. – I. 5. – P. 578-580. DOI: 10.1063/1.121861
17. Zhang, Y. Enhanced up-conversion luminescence and excellent temperature sensing properties in Yb3+ sensitized Er3+-doped Bi3Ti1.5W0.5O9 multifunctional ferroelectric ceramics / Y. Zhang, X. Chai, J. Li et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – V. 735. – P. 473-479. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.11.085.
18. Savchuk, Ol.A. Novel low-cost, compact and fast signal processing sensor for ratiometric luminescent nanothermometry / Ol. A. Savchuk, J.J. Carvajal, J. Massons et al. // Sensors and Actuators A: Physical. – 2016. – V. 250. – P. 87-95. DOI: 10.1016/j.sna.2016.08.031.
19. Alencar, M.A.R.C. Er3+-doped BaTiO3 nanocrystals for thermometry: Influence of nanoenvironment on the sensitivity of a fluorescence based temperature sensor / M.A.R.C. Alencar, G.S. Maciel, C.B. de Araújo, A. Patra // Applied Physics Letters. – 2004. – V.84. – I. 23. – P. 4753-4755. DOI: 10.1063/1.1760882.
20. Kelly, K.L. Color designations for lights / K.L. Kelly // Journal of the Optical Society of America. – 1943. – V.33. – I. 11. – P. 627-632, DOI: 10.1364/JOSA.33.000627.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒