Enhancing Luminescence and Controlling the Mn Valence State of Gd3Ga5–x–δAlx–y+δO12:yMn Phosphors by the Design of the Garnet Structure

荧光粉 发光 光致发光 材料科学 价(化学) 离子 兴奋剂 发光二极管 吸收(声学) 分析化学(期刊) 光电子学 化学 复合材料 有机化学 冶金 色谱法
作者
Langping Dong,Liang Zhang,Yongchao Jia,Baiqi Shao,Wei Lü,Shuang Zhao,Hongpeng You
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 7334-7344 被引量:72
标识
DOI:10.1021/acsami.9b20915
摘要

Gd3Ga5-x-δAlx-y+δO12:yMn solid solutions with improving luminescence properties were prepared via cation substitution and a controllable Mn valence state. The abnormal autoreduction from Mn4+ to Mn2+ ions was observed during the formation of Gd3Ga5-x-δAlx-y+δO12:yMn. The doped manganese ions occupy octahedral Ga3+(1) and Al3+(1) sites to form the Mn2+ luminescent center with red emission at 630 nm and Mn4+ luminescent centers with deep red light emission at 698 nm, respectively, matching well with the red light absorption of phytochrome (PR) and the far-red light absorption of phytochrome (PFR). With the design of the concentration of Al3+ and doped manganese ions, the photoluminescence (PL) of Mn4+/Mn2+ (corresponding to PFR/PR) can be tuned, which is very useful for controlling the plant growth. Moreover, the PL intensity of Gd3Ga5-x-δAlx-y+δO12:yMn can be increased by 6.8 times by substituting Al3+ for Ga3+. The thermal stability is also enhanced significantly. Finally, a series of warm white-light-emitting diodes (WLEDs) with good performance were fabricated using the as-prepared Gd3Ga5-x-δAlx-0.012+δO12:0.012Mn phosphor. The results show that the designed Gd3Ga5-x-δAlx-y+δO12:yMn phosphors have potential practical values in plant-growth light-emitting diodes (LEDs) and high-performance WLEDs. Moreover, our strategy not only provides a unique inspiration for tuning the valence states of Mn but also designs new advanced luminescent materials.
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