Il professor Hiromi Nakano della Toyohashi University of Technology ha utilizzato un materiale con una struttura periodica unica (materiale intelligente:Li-M-Ti-O [M =Nb o Ta]) come materiale ospite per sintetizzare nuovo Mn ⁴⁺ -fosfori attivati ​​che mostrano emissioni di luce rossa a 685 nm quando eccitati a 493 nm. Perché la valenza degli ioni Mn nel materiale cambia da Mn ⁴⁺ a Mn ³⁺ in base alla temperatura di sinterizzazione, composizione, e struttura cristallina, c'è una differenza nell'intensità della fotoluminescenza dei fosfori. XRD, TEM, e XANES sono stati utilizzati per chiarire la relazione tra l'intensità della fotoluminescenza e la temperatura di sinterizzazione, composizione, struttura di cristallo, e MgO co-doping.

Il colore bianco nei LED bianchi si ottiene solitamente eccitando un fosforo giallo con luce blu. Però, l'indice di resa cromatica con questo metodo è valutato come basso perché la luce rossa è insufficiente rispetto alla luce solare. Perciò, i fosfori che emettono luce rossa hanno un ruolo importante come materiali con un alto indice di resa cromatica.

In precedenza, Il team del professor Nakano ha utilizzato un materiale intelligente (Li-M-Ti-O [M =Nb o Ta]) come materiale ospite per sintetizzare un Eu ³⁺ -fosforo rosso attivato. Questa volta, hanno sintetizzato nuovo Mn ⁴⁺ -attivazione di fosfori rossi senza l'utilizzo di terre rare.

Il sistema Li-Nb-Ti-O (LNT) e il sistema Li-Ta-Ti-O (LTT) sono entrambi materiali intelligenti (vedi figura per esempio) che si auto-organizzano in una struttura periodica con un periodo di intercrescita che cambia in base al TiO ₂ quantità di doping. L'area della struttura periodica del sistema LTT è più ristretta di quella del sistema LNT, e c'è una differenza nelle condizioni di sinterizzazione per la sua creazione. Perciò, confrontando i sistemi LNT e LTT, il team ha studiato da vicino come l'intensità della fotoluminescenza e la valenza dello ione Mn cambiano con la temperatura di sinterizzazione, composizione, struttura di cristallo, e MgO co-doping.

Come risultato di questa ricerca, si è capito che LTT aveva un'intensità di fotoluminescenza notevolmente superiore a LNT a causa dei cambiamenti nella struttura cristallina dovuti alla temperatura e alla composizione di sinterizzazione. In genere, se la temperatura di sinterizzazione è elevata, mn ⁴⁺ probabilmente si ridurrà a Mn ³⁺ , spiegando la diminuzione dell'intensità della fotoluminescenza. Per quanto riguarda i cambiamenti nella struttura cristallina, quando il TiO ₂ la quantità di doping è aumentata, il numero di [Ti ₂ oh ₃ ] ²⁺ anche gli strati di intercrescita periodica aumentano. Poiché lo strato di intercrescita è formato con Ti ³⁺ ioni, si è capito che le carenze di ossigeno circostante contribuiscono a riduzioni da Mn ⁴⁺ a Mn ³⁺ . Inoltre, quando è stato eseguito il drogaggio con MgO per aumentare l'intensità della fotoluminescenza, il fosforo LTT che non aveva una struttura periodica mostrava un Mn . del 100% ⁴⁺ rapporto e la più alta intensità di fotoluminescenza.

Lo studente inizialmente coinvolto nell'esperimento ha affermato che "il Mn ⁴⁺ il fosforo non ha mostrato fotoluminescenza con il materiale ospite", e la ricerca è stata sospesa per circa sei mesi. L'anno prossimo, un altro studente ha sintetizzato il fosforo e ha affermato, "esibisce una debole fotoluminescenza, ma penso che potremmo provare alcune cose per migliorarlo." Attraverso ripetuti tentativi ed errori, il team ha scoperto un fattore importante:oltre alla temperatura di sinterizzazione, c'erano differenze significative nelle modifiche alla struttura cristallina quando il Mn ⁴⁺ rapporto era controllato. Attraverso numerosi viaggi all'Aichi Synchrotron Radiation Center, il team è stato in grado di misurare il Mn ⁴⁺ rapporto e consolidare i risultati della ricerca.

il mn ⁴⁺ -il fosforo attivato doveva essere sintetizzato a una temperatura relativamente bassa di 850 °C per aumentare il Mn ⁴⁺ rapporto. Però, in questa condizione, c'è un problema con una cristallinità moderatamente bassa. Nel futuro, proveranno vari co-dopanti per esplorare ulteriormente il processo di sintesi per ottenere un fosforo rosso più luminoso. Negli ultimi anni, c'è stato più interesse per i fosfori di Mn di colore rosso intenso attivati ​​senza l'uso di materiali di terre rare, come per l'uso in luci di coltivazione a LED, e ci si può aspettare che le applicazioni si espandano in futuro.