Estrategia de Compensación de Carga para la Síntesis de Fosforos de Espinela MgAl2O4 Activados por Ni2+ de Alto Rendimiento a Través del Método de Combustión Sol–Gel

Los diodos emisores de luz de conversión de fósforo de infrarrojo cercano (pc-LEDs) tienen un gran potencial de aplicación como fuentes de luz NIR en muchos campos, como el análisis de alimentos, la iluminación de visión nocturna y la bioimagen para el diagnóstico médico no invasivo. En general, los fosforos sintetizados por un método de fase sólida a alta temperatura tienen tamaños de partícula grandes y deben ser procesados a polvos finos mediante un proceso de molienda, lo que puede introducir defectos en la superficie y reducir la eficiencia luminosa. Aquí, informamos un método de sinterización sol–gel con nitrato de amonio y ácido cítrico como agentes sacrificiales para sintetizar fosforos NIR de espinela MgAl2O4 dopados con Zr4+/Ni2+, en el que la espinela MgAl2O4 es la matriz, Ni2+ es el centro luminoso y Zr4+ actúa como el compensador de carga. Caracterizamos sistemáticamente las estructuras cristalinas y las propiedades de luminiscencia NIR de la MgAl2O4 dopada con Ni2+ y la MgAl2O4 codopada con Zr4+/Ni2+. Bajo excitación de luz de 390 nm, el espectro de emisión del fósforo MgAl2O4 dopado con Ni2+ abarca de 900 a 1600 nm, el ancho de media altura es 251 nm y la posición del pico se localiza en 1230 nm. Demostramos que al incorporar pequeñas cantidades de Zr4+ como compensador de carga, la intensidad de emisión NIR del fósforo nanosizado MgAl2O4 codopado con Zr4+/Ni2+ se duplicó en comparación con el fósforo MgAl2O4 dopado con Ni2+. El contenido óptimo del compensador de carga fue del 2 mol %. Más importante aún, la inclusión de Zr4+ condujo a un fósforo NIR con una mejor estabilidad térmica en las propiedades luminosas, y la intensidad luminosa medida a 100 °C fue del 33.83% de la medida a temperatura ambiente (20 °C). Este estudio demuestra que se pueden diseñar y sintetizar nanomateriales de fósforo NIR de alta pureza y propiedades ópticas mejoradas a través de la estrategia de compensación de carga mediante un método de sinterización sol–gel.