豐橋工業(yè)大學的 Hiromi Nakano 教授使用一種具有獨特周期性結(jié)構(gòu)的材料(智能材料：Li-M-Ti-O [M = Nb 或 Ta])作為主體材料，合成了新的 Mn 4+激活熒光粉，其表現(xiàn)出在 493 nm 激發(fā)時在 685 nm 處發(fā)射紅光。因為材料中 Mn 離子的價態(tài)從 Mn 4+變?yōu)?Mn 3+根據(jù)燒結(jié)溫度、成分和晶體結(jié)構(gòu)，熒光粉的光致發(fā)光強度存在差異。XRD、TEM 和 XANES 用于闡明光致發(fā)光強度與燒結(jié)溫度、成分、晶體結(jié)構(gòu)和 MgO 共摻雜之間的關(guān)系。

白色 LED 中的白色通常是通過用藍光激發(fā)黃色熒光粉來實現(xiàn)的。然而，這種方法的顯色指數(shù)被評估為低，因為與陽光相比，紅光不足。因此，發(fā)出紅光的磷光體作為具有高顯色指數(shù)的材料具有重要作用。

此前，中野教授的團隊使用智能材料(Li-M-Ti-O [M = Nb or Ta])作為主體材料合成了 Eu 3+激活的紅色熒光粉。這一次，他們在不使用稀土材料的情況下合成了新的 Mn 4+激活紅色熒光粉。

Li-Nb-Ti-O (LNT) 系統(tǒng)和 Li-Ta-Ti-O (LTT) 系統(tǒng)都是智能材料(見圖示例)，它們自組織成具有共生層周期的周期性結(jié)構(gòu)，其周期隨時間變化而變化。 TiO 2摻雜量。LTT系的周期結(jié)構(gòu)面積比LNT系窄，其產(chǎn)生的燒結(jié)條件也不同。因此，在比較 LNT 和 LTT 系統(tǒng)時，該團隊仔細研究了光致發(fā)光強度和 Mn 離子價態(tài)如何隨燒結(jié)溫度、成分、晶體結(jié)構(gòu)和 MgO 共摻雜而變化。

作為這項研究的結(jié)果，了解到 LTT 的光致發(fā)光強度明顯高于 LNT，因為燒結(jié)溫度和成分會導致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。通常，如果燒結(jié)溫度高，則 Mn 4+可能會還原為 Mn 3+，這解釋了光致發(fā)光強度的降低。關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的變化，當TiO 2摻雜量增加時，[Ti 2 O 3 ] 2+周期性共生層的數(shù)量也增加。因為共生層是由 T??i 3+離子形成的，據(jù)了解，周圍的氧缺乏有助于從 Mn 中還原4+至 Mn 3+。此外，當進行MgO摻雜以增加光致發(fā)光強度時，不具有周期性結(jié)構(gòu)的LTT熒光粉表現(xiàn)出100%的Mn 4+比率和最高的光致發(fā)光強度。

最初參與實驗的學生表示“Mn 4+熒光粉與主體材料沒有表現(xiàn)出光致發(fā)光”，研究被擱置了大約六個月。明年，另一名學生合成了磷光體并表示：“它表現(xiàn)出微弱的光致發(fā)光，但我認為我們可以嘗試一些方法來改進它。” 通過反復試錯，團隊發(fā)現(xiàn)了一個重要因素：除了燒結(jié)溫度外，控制Mn 4+比例時，晶體結(jié)構(gòu)的變化也存在顯著差異。通過多次前往愛知同步輻射中心，該團隊能夠測量 Mn 4+比率并鞏固他們的研究成果。

Mn 4+活化的磷光體必須在相對低的850℃下合成以增加Mn 4+比率。然而，在這種情況下，存在結(jié)晶度中等偏低的問題。未來，他們將嘗試各種共摻雜劑，進一步探索合成過程，以實現(xiàn)更亮的紅色熒光粉。近年來，在不使用稀土材料的情況下激活的深紅色 Mn 熒光粉越來越受到關(guān)注，例如用于 LED 生長燈，預計未來應用將進一步擴大。