Luminescence Properties of Transition Metal Ions Doped Phosphors

Abstract

The luminescence properties of transition metal ions Mn2+ and Cr3+ doped materials are investigated in this thesis. The luminescent center Mn2+ ions are doped in host lattice of sodalite-type borate Zn4B6O13 and the Cr3+ ions in tungstate LiGaW2O8. The intense zero phonon line, temperature dependence Mn2+ spectra and emission band broadening are studied in Zn4B6O13:Mn2+. The near infrared Cr3+ emission band, energy transfer process between W-O charge transfer band and transition metal Cr3+ luminescent center are investigated in material LiGaW2O8:Cr3+. Luminescence properties of sodalite Zn4B6O13:Mn2+ are investigated by optical and laser excitation spectroscopy in the temperature range 10 – 300 K. The samples of Zn4B6O13:Mn2+ are prepared in the carbon reducing atmosphere. The green emission at 540 nm are observed in Zn4B6O13:Mn2+ for various Mn2+ concentration. Optimum Mn2+ concentration and critical distances between Mn2+ ions in Zn4B6O13 are obtained by the luminescence intensity as functions of Mn2+ concentration. The decays of Mn2+ emission depend strongly on Mn2+ concentration due to the energy transfer and energy diffusion in Zn4B6O13:Mn2+. The fine structures consisting of the intense zero phonon line (ZPL) and weak vibrational sidebands are observed at low temperature. The relevant mechanism of excitation bands, ZPL, vibrational sidebands and the bandwidth as functions of temperature are interpreted in detail by energy level diagram of the 3d5 transition metal ions and configuration coordinated diagram. The high thermal stability of the Zn4B6O13:Mn2+ phosphor is observed in the temperature range 10 - 300 K. Luminescence properties of the Cr3+-doped LiGaW2O8 crystals are investigated by laser excitation spectroscopy. The powder samples of various Cr3+ concentration were prepared by high-temperature solid state reaction. The temperature behaviors of the emission intensity and the decay time of the self-activated LiGaW2O8 host are discussed. The emission spectra and decay times of LiGa1-xW2O8:xCr3+ are measured under UV excitation in the temperature range 10 - 300 K. The luminescence quenching of LiGaW2O8:Cr3+ as functions of temperature and Cr3+-concentration is explained by structural and spectral characteristics.

전이 금속 이온 Mn2+ 와 Cr3+ 이 도핑 된 형광물질의 형광 특성을 연구하였다. Mn2+이온은 사각나트륨 형 붕산염 Zn4B6O13 에 도핑 하였으며 Cr3+ 이온은 텅스텐산 LiGaW2O8 에 도핑 하였다. Zn4B6O13:Mn2+ 형광 스펙트럼에서 강한 영포논선(ZPL)이 관찰되었으며 Mn2+ 방출 스펙트럼의 선폭은 온도에 의존하는 것을 관찰 관찰하였다. LiGaW2O8:Cr3+ 에서 Cr3+ 이온의 근적외선 방출 영역, W-O 전하 전이 영역과 Cr3+ 사이의 에너지 전이 과정을 연구하였다. Zn4B6O13:Mn2+ 형광체는 탄소 환원 분위기에서 합성하였으며 시료의 레이저 분광학 형광 특성을 온도범위 10 – 300 에서 조사하였다. 다양한 Mn2+ 농도에 대하여 Zn4B6O13:Mn2+ 는 540 nm의 녹색 형광을 방출하였다. Zn4B6O13 에서 최적의 Mn2+ 농도와 Mn2+ 이온 사이의 임계 거리는 농도의존 형광의 발광강도 조사로서 얻어졌다. Zn4B6O13:Mn2+ 에서 에너지 전달과 에너지 확산의 형광감쇠 특성은 Mn2+ 농도에 크게 의존하였다. 저온에서 강한 영포논선과 약한 진동에너지 형광선 들이 저온에서 관찰되었다. 여기 밴드, ZPL, 약한 진동 곁밴드, 밴드 선폭은 온도에 의존하였으며 에너지 준위도와 배위도로 해석하였다. 10-300 K의 온도 범위에서 Zn4B6O13:Mn2+ 형광은 높은 온도 안정성을 보였다. 레이저 여기 분광학으로 Cr3+ 가 도핑된 LiGaW2O8 형광체의 형광특성을 조사하였다. 고온 고체 반응 합성법으로 LiGaW2O8:Cr3+ 형광체를 합성하였다. Cr3+ 이온이 도핑되지 않은 순수한LiGaW2O8 형광특성을 온도 변화에 대해 조사하였다. LiGa1-xW2O8:xCr3+ 의 형광 스펙트럼과 형광의 수명시간을 10-300 K 의 온도 범위에서 자외선 여기로 측정하였다. 온도 증가에 따른 형광의 소광형상을 결정의 구조적 특성과 Cr3+ 농도의존성으로 설명하였다.