Китайські вчені підвищили ефективність світіння оксидних перовскітів

Дослідники з Хефейських інститутів фізичних наук Китайської академії наук створили новий спосіб значного посилення люмінесценції перетворення в оксидних перовскітах. Ці матеріали відомі своєю термічною та хімічною стабільністю, але мають обмежену оптичну ефективність.

Команда під керівництвом професора Цзян Чанлуна запровадила стратегію подвійного катіонного заміщення в титанатних перовскітах. Вчені точно регулювали співвідношення натрію до літію в позиції А кристалічної структури. Таке контрольоване заміщення запускає структурний перехід, який покращує передачу енергії між іонами рідкісноземельних елементів. Результатом стало помітне збільшення інтенсивності люмінесценції та квантового виходу.

Ефективні та стабільні люмінесцентні матеріали користуються зростаючим попитом для застосування в твердотільному освітленні, повнокольорових дисплеях та захисних маркуваннях від підробок. Матеріали на основі фторидів можуть забезпечити високу ефективність перетворення, але часто страждають від поганої довгострокової стабільності. Оксидні перовскіти пропонують більшу міцність, але їхнє використання обмежувалося низькою ефективністю та тепловим гасінням.

У цьому дослідженні науковці синтезували серію подвійно-катіонних титанатних перовскітів з формулою Li (1−x)NaxLaTi₂O₆, леговані парами іонів Yb³⁺/Er³⁺ або Yb³⁺/Tm³⁺. Заміна Li⁺ на Na⁺ викликає фазовий перехід від тетрагональної до ромбоедричної структури. Це змінює локальне кристалічне поле навколо люмінесцентних іонів і забезпечує ефективнішу передачу енергії.

Серед протестованих матеріалів найкращі показники продемонстрував Li₀.₁Na₀.₉LaTi₂O₆:Yb³⁺/Er³⁺. Порівняно з базовими композиціями оптимізований люмінофор досяг підвищення інтенсивності люмінесценції перетворення до 32 разів та покращення квантового виходу більш ніж у 70 разів. При цьому матеріал зберіг відмінну термічну стабільність.

Під дією лазерного випромінювання з довжиною хвилі 980 нанометрів люмінофори випромінюють яскраве та регульоване зелене й синє світло в широкому діапазоні температур. Це підкреслює їхній потенціал для використання у високопродуктивних освітлювальних пристроях та довговічних захисних етикетках від підробок.

Результати дослідження опубліковані в Journal of Alloys and Compounds. Розробка відкриває нові можливості для створення стабільних та ефективних оптичних матеріалів, які можуть знайти широке застосування в різних галузях промисловості та технологій.