Materiali luminescenti con doppio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10773 (2023) Citare questo articolo

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I fosfori dual-mode basati su GdVO4 sono stati sintetizzati con successo tramite un approccio idrotermale. L'analisi di diffrazione dei raggi X ha determinato la struttura tetragonale nonché il gruppo spaziale di prodotti I41/amd confrontando con un modello di riferimento n. ICDD n. 01-072-0277. La morfologia dei fosfori prodotti è stata confermata mediante microscopia elettronica a trasmissione e microscopia elettronica a scansione. Un'analisi spettroscopica dettagliata ha rivelato proprietà di luminescenza sintonizzabili con un contenuto crescente di Yb3+ in serie di GdVO4: x% Yb3+, y% Tm3+, 5% Eu3+ (x = 5, 10, 15, 20; y = 0,1, 0,5, 1) fosfori. Per i fosfori codopati Yb3+, Tm3+ ed Eu3+- abbiamo osservato bande correlate alle transizioni 1G4 → 3H6 e 1G4 → 3F4 degli ioni Tm3+, avvenute attraverso il meccanismo cooperativo di up-conversion, dove due ioni Yb3+ vicini erano coinvolti nell'assorbimento nel vicino infrarosso. Inoltre, il GdVO4: 20% Yb3+, 0,5% Tm3+, 5% Eu3+ ha mostrato la più eccezionale regolazione del colore dal rosso (x = 0,6338, y = 0,3172) sotto UV al blu (x = 0,2640, y = 0,1988) sotto NIR eccitazione, che può essere applicata nell'attività anticontraffazione.

I materiali inorganici drogati con ioni lantanidi (Ln3+) svolgono un ruolo significativo in molti campi della vita quotidiana, in base alle loro numerose applicazioni come laser, fosfori a film sottile, nella somministrazione di farmaci, bioimaging o anticontraffazione1,2,3,4,5 ,6,7. Quest'ultimo gruppo è costituito da diversi media in cui vengono implementati i tag anticontraffazione, come codici a barre, inchiostri, ologrammi, RFID (Radio Frequency Identification). Ogni approccio di sicurezza sopra menzionato ha i suoi limiti e quindi non può essere applicato, ad esempio, su indumenti o contrassegni di documenti, che possono essere regolarmente trattati con acqua, detergenti o radiazioni UV. Le fibre di cellulosa di recente sviluppo modificate con fosfori inorganici8,9,10,11,12 vengono preparate tramite un metodo NMMO (N-metilmorfolina-N-ossido) rispettoso dell'ambiente. Di conseguenza, le cosiddette fibre Tencel possono essere utilizzate per la modifica della carta o come parte del tessuto. Inoltre, durante questo rigoroso processo di preparazione delle fibre, il modificatore luminescente utilizzato deve distinguersi per la sua eccellente stabilità. Nella nostra ricerca, abbiamo scelto i fosfori dual-mode basati su GdVO4 in base al loro forte assorbimento di energia e all'elevata efficienza dei processi di trasferimento di energia13,14,15. Un altro vantaggio dei fosfori a base di vanadato come tipo di materiale alternativo rispetto ai fosfori a base di fluoro è la loro elevata stabilità termica, vantaggiosa, ad esempio, nell'applicazione di diodi emettitori di luce, in cui la temperatura operativa supera i 100 °C16. Rispetto ai materiali in vanadato, comunemente usati nelle applicazioni del fosforo, i materiali al fluoro non sono solo sensibili alle alte temperature ma anche alla contaminazione superficiale che può influenzare accidentalmente le proprietà spettroscopiche come la durata della luminescenza o il colore dell'emissione17.

Contrariamente all'influenza accidentale, l'effetto intenzionale sull'intensità e sul diverso colore della luminescenza durante l'eccitazione UV o NIR è causato dalla concentrazione specificata del drogante Ln3+. I materiali drogati con terre rare che mostrano luminescenza a doppia modalità possiedono un vasto potenziale per varie applicazioni18,19,20,21. Quando viene utilizzata una combinazione di ioni in grado di assorbire energia con diversi valori energetici in base alla loro struttura elettronica, è possibile ottenere una regolazione unica del colore della luminescenza. La combinazione perfetta per ottenere una luminescenza regolabile è il sistema composto da ioni Yb3+, Tm3+ ed Eu3+. Qui, l'eccitazione NIR di 980 nm può essere assorbita da Yb3+ e dopo aver trasferito due o più fotoni verso gli ioni Tm3+ ed Eu3+, si osserva un'emissione visibile di conversione verso l'alto, che dipende fortemente dal rapporto Tm3+ ed Eu3+. Inoltre, sotto irradiazione UV, esiste la possibilità di eccitazione diretta di Eu3+ o di trasferimento di energia dalla matrice ortovanadato agli ioni droganti: in entrambi i casi si osserva un'emissione rossa associata a Eu3+22,23.