Fósforos de impacto ambiental reducido para iluminación artificial Público Deposited
The search for high-efficiency luminescent compounds (phosphors) which are made from abun- dant elements with less impact on the environment is a research area of increasing importance. In this context, various strategies have been implemented to identify host compounds that can lead to optically active species incorporation, and anticipating good efficiencies as well. One of these compounds which is tailored made from an analysis of thousands of systems is lithium stronium aluminate (Sr2LiAlO4, SLAO) doped with Eu2+ y Ce3+ due to the electronic transitions inherent to these rare earths. This phosphor has been designed for use in artificial lighting which is based on light-emitting-diodes (LED) due to the fact the emission characteristics of the material that give it suitable color properties as a narrow-band emitter. The synthesis thecnique for obtaining SLAO is that of solid state reaction achieved at 900 °C under conditions of a non-reductive atmosphere, and 800 °C in a reductive atmosphere with hydrogen during a heat treatment of 4 hours in both cases. The optical properties of pure SLAO showed the absorption of light in the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum with a maximum at approximately 325 nm (3.8 eV ). In the case of doped samples, the absorption band is extended to a wider range of wavelengths as a result of the incorporation of the doping element Ce3+ into the crystalline structure and the ligand to metal charge transfer state (LMCT) O2−/− → Ce4+/3+. This fact demonstrate the presence of Ce4+, as it is expected for this ion in compounds synthetized in air at high temperature. For the case of the Eu3+ doped sample, the luminiscent peaks in excitation and emission spectra are the characteris- tics one for this ion, including an intense and broad band in the UV region ascribed to a LMCT O2−/− → Eu3+/2+. The sample with double doping showed a slight increase in bandwidth as a result of the incorporation of Ce3+. The experimental observations in the optical absorption and photoluminiscent spectra may be rationalized under a single scheme using vacuum referred binding energy (VRBE) diagram. The behavior of the SLAO compound and its subsequent doping under different conditions can be condensed that the partial reduction of Eu3+ to Eu2+ was promoted; besides, that there is the presence of two sites of occupation of Eu2+ in agreement with what is expected in a structure with two positions for Sr2+, and that the emission induced in compounds is susceptible to being stimulated in a region where light emitting diodes are highly efficient. Finally, the calculation of the standard chemical exergy of the compound showed a lower work requirement to obtain pure SLAO under standard conditions with respect to a phosphor made from ytrium aluminium garnet (YAG) which is used commercially.
La búsqueda de compuestos luminiscentes (fósforos) de alta eficiencia a partir de elementos abundantes con menor impacto al medio ambiente y una síntesis con menor requerimiento energé- tico, es un área de investigación de creciente importancia. En este contexto, se han implementado diversas estrategias para identificar compuestos anfitriones que pueden albergar especies óptica- mente activas, anticipando también buenas eficiencias. Uno de estos compuestos, diseñado a medida a partir de un análisis de miles de sistemas es el aluminato de estroncio litio, Sr2LiAlO4 (SLAO), dopado con Eu2+ y Ce3+ debido a las transiciones electrónicas propias de estas tierras raras. Este fósforo ha sido concebido para su uso en iluminación artificial con base en diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) debido a las características de emisión del material que le confieren propiedades de color adecuadas como emisor de banda estrecha. La técnica de síntesis para la ob- tención del SLAO es la del estado sólido a una temperatura máxima de 900 °C bajo condiciones de atmósfera no reductora y de 800°C de temperatura en una atmósfera reductora con hidrógeno por un periodo de 4 horas de tratamiento térmico en ambos casos. Las propiedades ópticas del SLAO puro mostraron la absorción de luz en el región ultravioleta del espectro electromagnético, con un máximo aproximadamente en 325 nm (3.8 eV ). En el caso de las muestras dopadas, la banda de absorción se amplía a un intervalo más amplio de longitudes de onda como resultado de la incorporación del elemento dopante Ce3+ a la estructura cristalina y el estado de transferencia de carga ligante metal (TCLM) O2−/− → Ce4+/3+. Esto demuestra la presencia de Ce4+, tal y como es esperado para este ion en compuestos sintetizados en aire y alta temperatura. Para el caso de la muestra dopada con Eu3+, los picos de luminiscencia en los espectros de excitación y emisión son característicos de este ion, incluyendo una intensa y ancha banda en la región UV adscrita a una TCLM O2−/− → Eu3+/2+. La muestra codopada mostró un aumento ligero en el ancho de la banda como resultado de la incorporación del Ce3+. Las observaciones experimentales de los espectros de absorción y fotoluminiscentes pueden racionalizarse bajo un sólo esquema mediante el uso del diagrama de energía de enlace referida al vacío (VRBE por sus siglas en inglés). El comportamiento del compuesto SLAO y su posterior dopaje en distintas condiciones puede condensarse en que se promovió la reducción parcial del Eu3+ a Eu2+; además, de que existe la presencia de dos sitios de ocupación del Eu2+ en concordancia con lo que se espera en una estructura con dos posiciones para el Sr2+, y que la emisión inducida en los compuestos es susceptible de ser estimulada en una región donde los diodos emisores de luz son altamente eficientes. Finalmente, el cálculo de la exer- gía química estándar del compuesto mostró un requerimiento menor de trabajo para la obtención del SLAO puro en condiciones estándar con respecto a un fósforo hecho con base en granate itrio aluminio, YAG, utilizado comercialmente.
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