Le professeur Hiromi Nakano de l'Université de technologie de Toyohashi a utilisé un matériau avec une structure périodique unique (matériau intelligent :Li-M-Ti-O [M =Nb ou Ta]) comme matériau hôte pour synthétiser du nouveau Mn ⁴⁺ -des phosphores activés qui présentent des émissions de lumière rouge à 685 nm lorsqu'ils sont excités à 493 nm. Parce que la valence des ions Mn dans le matériau change de Mn ⁴⁺ à Mn ³⁺ selon la température de frittage, composition, et structure cristalline, il y a une différence dans l'intensité de photoluminescence des luminophores. XRD, TEM, et XANES ont été utilisés pour clarifier la relation entre l'intensité de photoluminescence et la température de frittage, composition, structure en cristal, et le codopage au MgO.

La couleur blanche des LED blanches est généralement obtenue en excitant un phosphore jaune avec de la lumière bleue. Cependant, l'indice de rendu des couleurs avec cette méthode est évalué comme faible car la lumière rouge est insuffisante par rapport à la lumière du soleil. Par conséquent, les luminophores qui émettent de la lumière rouge ont un rôle important en tant que matériaux à indice de rendu des couleurs élevé.

Précédemment, L'équipe du professeur Nakano a utilisé un matériau intelligent (Li-M-Ti-O [M =Nb ou Ta]) comme matériau hôte pour synthétiser un Eu ³⁺ - phosphore rouge activé. Cette fois, ils ont synthétisé du nouveau Mn ⁴⁺ -des phosphores rouges activés sans utiliser de terres rares.

Le système Li-Nb-Ti-O (LNT) et le système Li-Ta-Ti-O (LTT) sont tous deux des matériaux intelligents (voir la figure par exemple) qui s'auto-organisent en une structure périodique avec une période de couche d'intercroissance qui change selon au TiO 2 quantité de dopage. La zone de structure périodique du système LTT est plus étroite que celle du système LNT, et il y a une différence dans les conditions de frittage pour sa création. Par conséquent, en comparant les systèmes LNT et LTT, l'équipe a étudié de près comment l'intensité de la photoluminescence et la valence des ions Mn changent avec la température de frittage, composition, structure en cristal, et le codopage au MgO.

À la suite de cette recherche, il était entendu que le LTT avait une intensité de photoluminescence notablement plus élevée que le LNT en raison des changements dans la structure cristalline dus à la température et à la composition de frittage. Généralement, si la température de frittage est élevée, Mn ⁴⁺ se réduira probablement à Mn ³⁺ , expliquant la diminution de l'intensité de la photoluminescence. En ce qui concerne les changements dans la structure cristalline, quand le TiO 2 la quantité de dopage est augmentée, le nombre de [Ti 2 O 3 ] ²⁺ les couches d'intercroissance périodiques augmentent également. Parce que la couche d'intercroissance est formée avec Ti ³⁺ ions, il était entendu que les carences en oxygène environnantes contribuent aux réductions de Mn ⁴⁺ à Mn ³⁺ . En outre, lorsque le dopage MgO a été effectué pour augmenter l'intensité de la photoluminescence, le phosphore LTT qui n'avait pas de structure périodique présentait une teneur en Mn de 100 % ⁴⁺ rapport et l'intensité de photoluminescence la plus élevée.

L'étudiant qui a été initialement impliqué dans l'expérience a déclaré que « le Mn ⁴⁺ le phosphore n'a pas présenté de photoluminescence avec le matériau hôte", et la recherche a été suspendue pendant environ six mois. L'année prochaine, un autre étudiant a synthétisé le phosphore et a déclaré, "il présente une faible photoluminescence, mais je pense que nous pourrions essayer certaines choses pour l'améliorer. l'équipe a découvert un facteur important :en plus de la température de frittage, il y avait des différences significatives dans les changements de la structure cristalline lorsque le Mn ⁴⁺ rapport a été contrôlé. Grâce à de nombreux voyages au Centre de rayonnement synchrotron d'Aichi, l'équipe a pu mesurer le Mn ⁴⁺ ratio et consolider leurs résultats de recherche.

Le Mn ⁴⁺ -le phosphore activé a dû être synthétisé à une température relativement basse de 850 °C afin d'augmenter le Mn ⁴⁺ rapport. Cependant, dans cette condition, il y a un problème avec une cristallinité modérément faible. À l'avenir, ils essaieront divers co-dopants pour explorer davantage le processus de synthèse afin d'obtenir un phosphore rouge plus brillant. Dans les années récentes, il y a eu plus d'intérêt pour les phosphores de Mn rouge foncé activés sans l'utilisation de matériaux de terres rares, comme pour une utilisation dans les lampes de culture à LED, et on peut s'attendre à ce que les applications se développent à l'avenir.