Photoluminescence and concentration quenching of Pr3+ doped BaTa2O6 phosphor

Fotoluminiscencia y extinción por concentración del fósforo BaTa2O6 dopado con Pr3

Los fósforos TTB-BaTa₂O₆ puros y dopados con Pr³⁺ se obtuvieron por el método de reacción en estado sólido a 1 425 °C durante 20 horas. Los análisis de difracción de rayos X (DRX) y microscopio electrónico de barrido (MEB) confirmaron la existencia de una única fase de BaTa₂O₆ hasta un 10 mol % de Pr₂O₃. La composición química de las estructuras de BaTa₂O₆ dopadas con Pr³⁺ se confirmó mediante análisis de Espectroscopía de Energía Dispersiva (EDS). Los fósforos BaTa₂O₆:Pr³⁺ mostraron una fuerte emisión roja a 620,9 nm, una emisión verde a 548,3 nm y una emisión roja a 655,2 nm. La intensidad de la emisión aumentó con la concentración de dopante Pr³⁺ hasta 1,5 mol %, y luego disminuyó debido a la extinción por concentración.

INTRODUCCIÓN

Los materiales dopados con iones trivalentes de tierras raras han despertado un gran interés debido a su fotoemisión en todo el rango espectral visible [1,2]. La brillante luminiscencia de estos fósforos ha hecho posible una nueva generación de dispositivos de iluminación y visualización con buena estabilidad térmica y química, y seguridad en el uso [3]. El praseodimio (Pr³⁺) puede excitarse con luz azul a través de las transiciones del estado básico (³H₄) a los multipletes ³P_J (J = 0, 1,2) y ¹D₂. En la mayoría de los óxidos, los iones Pr³⁺ emiten luz azul-verde o roja desde el nivel ³P₀: líneas azul-verde a ∼500 nm (³P₀→³H₄) y 545 nm (³P₀→³H₅), líneas de emisión rojas a ∼618 nm (³P₀→³H₆) y 650 nm (³P₀→³F₂) [4,5]. El BaTa₂O₆ es uno de los compuestos del sistema BaO-Ta₂O₅ que ha sido estudiado por sus propiedades dieléctricas y fotocatalíticas [6,7]. La síntesis de BaTa₂O₆ se ha llevado a cabo por muchos métodos: fundente [8], estado sólido, precipitación [9] y síntesis mecanoquímica [10,11]. El BaTa₂O₆ tiene tres estructuras cristalinas: ortorrómbica, tetragonal y hexagonal. La estructura tetragonal tiene una estructura de tipo TTB (bronce de tungsteno tetragonal) [8]. La estructura cristalina TTB está relacionada con la del tungstato de potasio (K_0.475WO₃) [12].

En este estudio, se investigaron las propiedades de luminiscencia del BaTa₂O₆ dopado con Pr₂O₃. Asimismo, se realizó una caracterización microestructural mediante técnicas de DRX y MEB.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se sintetizaron materiales puros y BaTa₂O₆:xPr³⁺ (0,5 ≤ x≤ 10 mol %) por el método de reacción en estado sólido. Se utilizaron polvos de BaCO₃ con una pureza del 99 % (Sigma-Aldrich) y Ta₂O₅ con una pureza del 99,9 % (Alfa Aesar) como materiales de partida para obtener BaTa₂O₆.