view in publisher's site

A new microwave approach for the synthesis of green emitting Mn2+-doped ZnAl2O4: A detailed study on its structural and optical properties

Highlights•Microwave synthesis of Mn2+-doped ZnAl2O4 green emitting phosphor in 5 min.•Sample annealed at 1400 °C showed highest intensity.•PL measured at 9K showed clear distinction between ZPL and sidebands.•Theoretical and experimental calculations of spectroscopic data.AbstractA simple recipe for synthesizing green emitting Mn2+-doped ZnAl2O4 phosphor has been developed. Metal-organic complexes, with their unique properties, were employed as precursors to obtain phase-pure, nanocrystalline material in the as-prepared form within just 5 min of microwave irradiation. The Mn2+ doping concentration that showed the highest photoluminescence (PL) intensity was optimized and a comprehensive investigation of the structural and optical properties were made for various annealing temperatures. Rietveld refinement of the samples annealed at 1200 °C and 1400 °C, showed that the cationic inversion in the spinel decreased from 3.4 to 2.1% and this change was validated by the X-ray photoelectron spectroscopy results. XPS confirmed that the inversion for Zn2+, Al3+, and Mn2+ cations decreased with annealing temperature, despite of which, inversion remained at 20%, 10%, and 15%, respectively for the sample annealed at 1400 °C, emphasizing the fact that synthesis plays an important role in controlling the amount of inversion in an otherwise normal spinel. Electron paramagnetic resonance spectra of the as-prepared and the samples annealed at high temperatures confirmed that the Mn2+ hyperfine spectrum was not just a function of the crystal field environment but also strongly depends on the doping concentration. The PL spectrum taken at different annealing temperatures, comprised of the characteristic 4T1 (G) → 6A1 (S) spin-forbidden Mn2+ transitions, showed that the emission intensity depends on the material crystallinity. The sample annealed at 1400 °C displayed a significantly higher PL intensity compared to those annealed at lower temperatures. The variation of PL spectrum of this sample was investigated between 9 K and 300 K to determine the origins of the asymmetry at room temperature and the vibrational sidebands at lower temperatures. The energy levels of the Mn2+ dopant, calculated theoretically and verified experimentally, were used to determine the spectroscopic parameters such as the Racah B and C values and the crystal field energy, Dq. These values showed that the Mn2+ was in a weak tetrahedral field. This work demonstrates a technologically important, green, and swift technique in synthesizing phosphors for various applications in displays, bioimaging, solid state lighting, etc.Graphical abstractDownload : Download high-res image (280KB)Download : Download full-size image

یک روش مایکروویو جدید برای سنتز استخراج سبز ZnAl [ ۲ ] O [ ۴ ] + - آلاییده با Mn۲: مطالعه دقیق خواص ساختاری و اپتیکی آن

نقاط برجسته سنتز مایکروویو Mn۲ + - ZnAl [ ۲ ] O [ ۴ ] سبز ساطع کننده فسفر در ۵ دقیقه. حرارت دادن نمونه در ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد بالاترین شدت را نشان داد. PL اندازه‌گیری شده در ۹ K تمایز واضحی بین ZPL و باندهای کناری نشان داد. محاسبات نظری و تجربی داده‌های طیف‌سنجی: خلاصه دستورالعمل ساده‌ای برای سنتز Mn۲ + دوپه شده با ZnAl۲O۴ فسفر ارایه شده‌است. کمپلکس‌های فلز - آلی، با خواص منحصر به فرد خود، به عنوان پیش سازه‌ای برای به دست آوردن ماده فاز - خالص و نانوکریستال در فرم تهیه‌شده، تنها در ۵ دقیقه تابش مایکروویو استفاده شدند. غلظت آلایش Mn۲ + که بالاترین شدت نورتابی (PL را نشان داد، بهینه شد و یک بررسی جامع از خواص ساختاری و نوری برای دماهای مختلف تابکاری انجام شد. اصلاح ریتولد نمونه‌های تابکاری شده در دمای ۱۲۰۰ و ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد نشان داد که وارونگی کاتیونی در اسپینل از ۳.۴ به ۲.۱ درصد کاهش یافت و این تغییر توسط نتایج طیف‌سنجی فتوالکترونی با اشعه ایکس تایید شد. XPS تایید کرد که وارونگی برای کاتیون‌های Zn۲ +، Al۳ +، و Mn۲ + با دمای تابکاری کاهش یافت، که علی‌رغم آن، وارونگی به ترتیب در ۲۰ %، ۱۰ % و ۱۵ % برای انبارش نمونه در دمای ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد باقی ماند، و تاکید کرد که سنتز نقش مهمی در کنترل مقدار وارونگی در یک اسپینل نرمال دیگر ایفا می‌کند. طیف‌های رزونانس پارامغناطیسی الکترون نمونه‌های آماده‌شده و تابکاری شده در دماهای بالا، تایید کرد که طیف فوق ریز ساختار Mn۲ + فقط تابعی از محیط میدان بلور نیست بلکه وابستگی زیادی به غلظت آلایش دارد. طیف PL اتخاذ شده در دماهای تابکاری مختلف، متشکل از ویژگی انتقال Mn۲ + اسپین منع‌شده ۴ T۱ (G)۶ A۱ (S)، نشان داد که شدت انتشار به بلورینگی ماده بستگی دارد. بازپخت نمونه در دمای ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد شدت PL بسیار بالاتری را در مقایسه با بازپخت شده در دماهای پایین‌تر نشان داد. تغییر طیف PL این نمونه بین ۹ K تا ۳۰۰ K بررسی شد تا منشا عدم تقارن در دمای اتاق و باندهای ارتعاشی در دماهای پایین‌تر مشخص شود. سطوح انرژی همزاد Mn۲ +، که به صورت تئوری محاسبه‌شده و به صورت تجربی تایید شده‌اند، برای تعیین پارامترهای طیف‌سنجی مانند مقادیر راکا B و C و انرژی میدان کریستال، Dq استفاده شدند. این مقادیر نشان دادند که Mn۲ + در یک میدان چهاروجهی ضعیف بود. این کار یک تکنیک تکنولوژیکی مهم، سبز، و سریع در سنتز فسفرها برای کاربردهای مختلف در نمایشگرها، تصویربرداری زیستی، نورپردازی حالت جامد، etc.grap دانلود انتزاعی: دانلود تصویر بالا (۲۸۰ کیلوبایت)دانلود: دانلود تصویر تمام اندازه
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله General Chemistry
  • ترجمه مقاله General Chemistry
  • مقاله شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله شیمی عمومی
  • مقاله Biochemistry
  • ترجمه مقاله Biochemistry
  • مقاله بیوشیمی
  • ترجمه مقاله بیوشیمی
  • مقاله Biophysics
  • ترجمه مقاله Biophysics
  • مقاله بیوفیزیک
  • ترجمه مقاله بیوفیزیک
  • مقاله Condensed Matter Physics
  • ترجمه مقاله Condensed Matter Physics
  • مقاله فیزیک ماده چگال
  • ترجمه مقاله فیزیک ماده چگال
  • مقاله Atomic and Molecular Physics, and Optics
  • ترجمه مقاله Atomic and Molecular Physics, and Optics
  • مقاله فیزیک اتمی، مولکولی و اپتیک
  • ترجمه مقاله فیزیک اتمی، مولکولی و اپتیک
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.