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Propiedades fisicoquímicas y luminiscentes de Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub>:Ce,Tb y su aplicación en dispositivos de iluminación de estado sólido
Physicochemical and luminescent properties of Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub>:Ce,Tb and its application in solidstate lighting devices
David Cervantes Vásquez
Gustavo Alonso Hirata Flores
Acceso Abierto
Atribución
Silicato de itrio,Estructuras core-shell,Eficiencia cuántica,Nitruro de silicio,Estroncio,Iluminación de estado sólido,Física de materiales,Materiales luminiscentes,Quantum efficiency,Core-shell structures,Yttrium silicate,Silicon nitride,Strontium,Solid state lighting,Physics of materials,Luminescent materials
Este trabajo consistió en la síntesis y caracterización de dos materiales luminiscentes para la generación de luz blanca con base en la combinación de las emisiones de los materiales Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub>:Ce,Tb (YSO:Ce,Tb) y Sr<sub>2</sub>Si<sub>5</sub>N8<sub>8</sub>Eu (SSN:Eu). El YSO:Ce,Tb fue sintetizado por dos métodos distintos el de combustión asistido por presión y el de sol gel, mientras que el SSN:Eu fue sintetizado por reacción de estado sólido en un flujo de N<sub>2</sub>/H<sub>2</sub>. Las fases cristalinas obtenidas correspondientes al YSO:Ce,Tb fueron la X1 Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub> y la X2-Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub> y estas se obtuvieron en función de la temperatura del tratamiento térmico a 1100°C y 1350°C, respectivamente. En el caso del SSN:Eu la estructura cristalina obtenida fue la fase Sr<sub>2</sub>Si<sub>5</sub>N<sub>8</sub>:Eu. Los resultado de fotoluminiscencia mostraron una banda ancha de emisión azul debida a los iones de Ce y una emisión verde bien definida en la longitud de onda de 546 nm debida los iones de Tb, ambas emisiones provenientes del YSO:Ce,Tb; y una banda ancha de emisión roja debida los iones de Eu en el SSN:Eu. Cabe mencionar que la emisión simultanea de los iones de las tierras raras se obtiene a partir de una sola longitud de onda de excitación en 355nm. Además, se logró el aumento en la intensidad luminiscente del YSO:Ce,Tb a través de un recubrimiento de sílice sobre las partículas de YSO:Ce,Tb. Esta mejora se pudo observar por medio de mediciones de eficiencia cuántica de fluorescencia, las cuales mostraron un aumento de doce puntos porcentuales para el YSO:Ce,Tb recubierto con sílice en comparación con el YSO:Ce,Tb no recubierto. Finalmente, la combinación de las emisiones simultáneas de los iones Ce, Tb, Eu resultaron en una emisión global de luz blanca con alto índice de rendimiento de color; esto al realizar la mezcla de los materiales YSO:Ce,Tb y SSN:Eu en las proporciones adecuadas.
Synthesis and characterization of a white-light emitting phosphor blends based in the combination of the emissions of rare earth activated Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub>:Ce,Tb (YSO:Ce,Tb) and Sr<sub>2</sub>Si<sub>5</sub>N<sub>8</sub>:Eu (SSN:Eu) materials. The YSO:Ce,Tb phosphor material was prepared by two different methods the pressure-assisted combustion synthesis and the sol-gel, while SSN:Eu was prepared by solid-state reaction in N<sub>2</sub>/H<sub>2</sub> atmosphere. For the YSO:Ce,Tb materials were obtained the X1-Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub> and X2-Y<sub>2</sub>SiO<sub>5</sub> crystalline phases as a function of the temperature of post-annealing treatment at 1100°C and 1350°C, respectively. In the case of the SSN:Eu, crystalline structure was the Sr2Si5N8 phase. Photoluminescence measurements showed the contribution of a broad-band blue-emission due to Ce<sup>3+</sup> ions and a well-defined greenemission due to Tb<sup>3+</sup> ions, with the main peak located at λ<sub>EM</sub> = 545 nm, generated from the YSO:Ce,Tb, and a broad-band red-emission due to Eu<sup>2+</sup> ions from the SSN:Eu. It is noteworthy that the excitation wavelength used was in the long UV radiation at 355 nm. An increase of the luminescent intensity of the YSO:Ce,Tb was achieved by a crystallinesilica coating grown over the YSO:Ce,Tb particles surface. The absolute fluorescence quantum efficiency measurements showed an increase of twelve percentage points for the silica-coted YSO:Ce,Tb in comparison to the YSO:Ce,Tb bare powders. Finally, the combination of Ce, Tb and Eu ions emissions resulted in a white-light emission of high color rendering index when YSO:Ce,Tb and SSN:Eu were blended in the appropriate proportions.
CICESE
2014
Tesis de doctorado
Español
Cervantes Vásquez, D.2014.Propiedades fisicoquímicas y luminiscentes de Y2SiO5:Ce,Tb y su aplicación en dispositivos de iluminación de estado sólido.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.79 pp.
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