Photoluminescence Properties of Dy3+ Ions Doped in Gd10V2O20 Vanadate

Abstract

A series of Dy3+ doped Gd10V2O20 phosphors were synthesized by the high-temperature solid state reaction at 1200 °C. The crystal structure, morphology, and luminescence properties are investigated. The phase purity of the samples is confirmed by the X-ray diffraction analyses. The concentration-dependent luminescence properties are studied in the range from 0 to 70 mol % under the ultraviolet excitation at 355 nm, which shows the optimum doping concentration is 3 mol %. The Gd10V2O20 phosphor shows strong emission intensity at 575 nm, which is assigned to the spin-forbidden transition of 4F9/2 → 6H13/2. Temperature-dependent emission spectra were recorded under the 266 nm excitation in the temperature range from 10 to 480 K. The decay curves of Dy3+ ions in the Gd10V2O20 lattices are also studied. The emission intensity ratio of 4F9/2 → 6H15/2 (blue, 482 nm) and 4F9/2 → 6H13/2 (yellow, 572 nm) and phosphor thermal sensitivity of Gd10V2O20:Dy3+ are systematically investigated.

1200 °C의 고온 고상 법으로 Dy3+ 이온이 도핑 된 Gd10V2O20 형광물질을 합성하여 형광특성을 연구하였다. 결정구조와 결정상은 X선 회절 분석으로 확인하였다. 355 nm의 자외선으로 시료를 여기 하였으며 Dy3+ 이온의 농도는 0 ~ 70 mol % 이었다. 이 중 최적 도핑 농도는 3 mol%임을 확인하였다. Gd10V2O20:Dy3+가 방출하는 가장강한 형광은 4F9/2 → 6H13/2 스핀금지 전이에 의한 황색 575 nm 형광 이었으며 다음이 4F9/2 → 6H15/2 전이에 의한 청색 482nm 형광이었다. 온도 범위 10 ~ 480 K에서 온도 의존 형광특성 및 형광의 동역학 특성을 조사하였다. 575 nm 형광의 수명 시간은 농도가 1.0에서 70 mol %까지 증가하는 동안 153에서 20 s까지 짧아졌다. Dy3+ 이온의 농도와 온도 변화에 따른 형광특성 변화를 조사하였다. 특히 청색 형광 482 nm 와 황색 형광 575 nm 의 상대적 변화를 체계적으로 조사하였다.