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Facile pechini synthesis of Sr<sub>3</sub>Y<sub>2</sub>Ge<sub>3</sub>O<sub>12</sub>:Bi<sup>3+</sup>/Eu<sup>3+</sup> phosphors with tunable emissions and energy transfer for WLEDs
저자
Hussain, Sk. Khaja ; Bharat, L. Krishna ; Kim, Dong Hyun ; Yu, Jae Su
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2017
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
361-369(9쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>A series of Sr<SUB>3</SUB>Y<SUB>2</SUB>Ge<SUB>3</SUB>O<SUB>12</SUB> (SYGO), SYGO:Bi<SUP>3+</SUP>, SYGO:Eu<SUP>3+</SUP> and SYGO:Bi<SUP>3+</SUP>/Eu<SUP>3+</SUP> phosphors were synthesized by a facile pechini type sol-gel method. X-ray diffraction patterns exhibited a characteristic cubic lattice structure with a space group of la 3 ¯ d ( 230 ) after annealing at 1200 °C for 8 h. The morphological properties of the SYGO host lattice were studied by a field-emission scanning electron microscope, which displayed nearly spherical-shaped particles. Under ultraviolet (UV) or near-UV excitations, the SYGO:Bi<SUP>3+</SUP> phosphors showed the blue emission of Bi<SUP>3+</SUP> (<SUP>3</SUP>P<SUB>1</SUB> → <SUP>1</SUP>S<SUB>0</SUB>) at 467 nm and the SYGO:Eu<SUP>3+</SUP> phosphors exhibited orange red emission of Eu<SUP>3+</SUP> (<SUP>5</SUP>D<SUB>0</SUB> → <SUP>7</SUP>F<SUB>1</SUB>) at 594 nm, respectively. The energy transfer process was investigated in between the Bi<SUP>3+</SUP> and Eu<SUP>3+</SUP> ions by the wide spectral overlap of Bi<SUP>3+</SUP> emission spectrum and Eu<SUP>3+</SUP> excitation spectrum. The efficient energy transfer phenomenon from Bi<SUP>3+</SUP> to Eu<SUP>3+</SUP> ions was studied by adjusting the Eu<SUP>3+</SUP> ion concentration in SYGO:Bi<SUP>3+</SUP>/Eu<SUP>3+</SUP> phosphors and it was strongly confirmed by their luminescence decay curves. The critical distance was calculated for the energy transfer process from Bi<SUP>3+</SUP> to Eu<SUP>3+</SUP> ions due to the concentration quenching effect and it was further demonstrated to be a resonance type of quadrupole-quadrupole interactions. The obtained photoluminescence results revealed tunable emissions from blue to cool white, depending on the Eu<SUP>3+</SUP> ion concentration. Furthermore, the thermal properties and quantum yield of the optimized cool white-light emitting SYGO:0.02Bi<SUP>3+</SUP>/0.05Eu<SUP>3+</SUP> phosphor sample were studied and it exhibited good thermal stability with 20.5% quantum yield. Commission International de I'Eclairage chromaticity coordinates were calculated for all the prepared samples. Therefore, all these results indicate that the SYGO:0.02Bi<SUP>3+</SUP>/0.05Eu<SUP>3+</SUP> is a promising phosphor for the application of white light-emitting diodes.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Sr<SUB>3</SUB>Y<SUB>2</SUB>Ge<SUB>3</SUB>O<SUB>12</SUB>:Bi<SUP>3+</SUP>/Eu<SUP>3+</SUP> phosphors were prepared by a pechini type sol-gel method. </LI> <LI> The morphological properties of the Sr<SUB>3</SUB>Y<SUB>2</SUB>Ge<SUB>3</SUB>O<SUB>12</SUB> host lattice were studied. </LI> <LI> The energy transfer mechanism between the Bi<SUP>3+</SUP> and Eu<SUP>3+</SUP> ions was explained. </LI> <LI> Temperature-dependent PL emission spectra quantum yield were measured for the optimized phosphor. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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