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Thermally boosted upconversion and downshifting luminescence in Sc2(MoO4)3:Yb/Er with two-dimensional negative thermal expansion

发光 荧光粉 材料科学 光子上转换 光致发光 拉曼光谱 光电子学 兴奋剂 热膨胀 光谱学 分析化学(期刊) 光学 化学 物理 量子力学 色谱法 冶金
作者
Jinsheng Liao,Minghua Wang,Fulin Lin,Zhuo Han,Biao Fu,Datao Tu,Xueyuan Chen,Bao Qiu,He‐Rui Wen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:189
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29784-6
摘要

Abstract Rare earth (RE 3+ )-doped phosphors generally suffer from thermal quenching, in which their photoluminescence (PL) intensities decrease at high temperatures. Herein, we report a class of unique two-dimensional negative-thermal-expansion phosphor of Sc 2 (MoO 4 ) 3 :Yb/Er. By virtue of the reduced distances between sensitizers and emitters as well as confined energy migration with increasing the temperature, a 45-fold enhancement of green upconversion (UC) luminescence and a 450-fold enhancement of near-infrared downshifting (DS) luminescence of Er 3+ are achieved upon raising the temperature from 298 to 773 K. The thermally boosted UC and DS luminescence mechanism is systematically investigated through in situ temperature-dependent Raman spectroscopy, synchrotron X-ray diffraction and PL dynamics. Moreover, the luminescence lifetime of 4 I 13/2 of Er 3+ in Sc 2 (MoO 4 ) 3 :Yb/Er displays a strong temperature dependence, enabling luminescence thermometry with the highest relative sensitivity of 12.3%/K at 298 K and low temperature uncertainty of 0.11 K at 623 K. These findings may gain a vital insight into the design of negative-thermal-expansion RE 3+ -doped phosphors for versatile applications.
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