Professor Hiromi Nakano van de Toyohashi University of Technology gebruikte een materiaal met een unieke periodieke structuur (slim materiaal:Li-M-Ti-O [M =Nb of Ta]) als gastheermateriaal om nieuwe Mn te synthetiseren. ⁴⁺ -geactiveerde fosforen die emissies van rood licht vertonen bij 685 nm wanneer ze worden geëxciteerd bij 493 nm. Omdat de valentie van de Mn-ionen in het materiaal verandert van Mn ⁴⁺ naar Mn ³⁺ volgens de sintertemperatuur, samenstelling, en kristalstructuur, er is een verschil in de fotoluminescentie-intensiteit van de fosforen. XRD, TEM, en XANES werden gebruikt om de relatie tussen de fotoluminescentie-intensiteit en de sintertemperatuur te verduidelijken, samenstelling, kristal structuur, en MgO co-doping.

De witte kleur in witte LED's wordt meestal bereikt door een gele fosfor te prikkelen met blauw licht. Echter, de kleurweergave-index wordt bij deze methode als laag beoordeeld omdat er in vergelijking met zonlicht onvoldoende rood licht is. Daarom, fosforen die rood licht uitstralen spelen een belangrijke rol als materialen met een hoge kleurweergave-index.

Eerder, Het team van professor Nakano gebruikte een slim materiaal (Li-M-Ti-O [M =Nb of Ta]) als gastheermateriaal om een ​​Eu ³⁺ -geactiveerde rode fosfor. Deze keer, ze synthetiseerden nieuwe Mn ⁴⁺ -geactiveerde rode fosforen zonder gebruik te maken van zeldzame aardmaterialen.

Het Li-Nb-Ti-O (LNT)-systeem en Li-Ta-Ti-O (LTT)-systeem zijn beide slimme materialen (zie bijvoorbeeld figuur) die zichzelf organiseren in een periodieke structuur met een intergrowth-laagperiode die verandert naargelang naar de TiO ₂ doping bedrag. Het periodieke structuurgebied van het LTT-systeem is smaller dan dat van het LNT-systeem, en er is een verschil in de sintercondities voor de creatie ervan. Daarom, bij het vergelijken van de LNT- en LTT-systemen, het team onderzocht nauwkeurig hoe fotoluminescentie-intensiteit en Mn-ionvalentie veranderen met de sintertemperatuur, samenstelling, kristal structuur, en MgO co-doping.

Als resultaat van dit onderzoek, het was duidelijk dat LTT een opmerkelijk hogere fotoluminescentie-intensiteit had dan LNT vanwege veranderingen in de kristalstructuur als gevolg van de sintertemperatuur en samenstelling. Over het algemeen, als de sintertemperatuur hoog is, Mn ⁴⁺ zal waarschijnlijk verminderen tot Mn ³⁺ , wat de afname van de fotoluminescentie-intensiteit verklaart. Met betrekking tot veranderingen in de kristalstructuur, wanneer de TiO ₂ dopinghoeveelheid wordt verhoogd, het aantal [Ti ₂ O ₃ ] ²⁺ periodieke vergroeiingslagen nemen ook toe. Omdat de ingroeilaag wordt gevormd met Ti ³⁺ ionen, het was duidelijk dat de omringende zuurstoftekorten bijdragen aan reducties van Mn ⁴⁺ naar Mn ³⁺ . Aanvullend, wanneer MgO-doping werd uitgevoerd om de fotoluminescentie-intensiteit te verhogen, de LTT-fosfor die geen periodieke structuur had, vertoonde een 100% Mn ⁴⁺ verhouding en de hoogste fotoluminescentie-intensiteit.

De student die aanvankelijk bij het experiment betrokken was, verklaarde dat "de Mn ⁴⁺ fosfor vertoonde geen fotoluminescentie met het gastheermateriaal", en het onderzoek werd ongeveer zes maanden on hold gezet. Volgend jaar, een andere student synthetiseerde de fosfor en verklaarde:"het vertoont een zwakke fotoluminescentie, maar ik denk dat we een aantal dingen kunnen proberen om het te verbeteren." Door herhaaldelijk vallen en opstaan, ontdekte het team een ​​belangrijke factor:naast de sintertemperatuur, er waren significante verschillen in de veranderingen in de kristalstructuur wanneer de Mn ⁴⁺ verhouding werd gecontroleerd. Door talrijke uitstapjes naar het Aichi Synchrotron Radiation Center, het team was in staat om de Mn . te meten ⁴⁺ ratio en consolideren hun onderzoeksresultaten.

de Mn ⁴⁺ -geactiveerde fosfor moest worden gesynthetiseerd bij een relatief lage 850 ° C om de Mn . te verhogen ⁴⁺ verhouding. Echter, onder deze voorwaarde, er is een probleem met een matig lage kristalliniteit. In de toekomst, ze zullen verschillende co-doteringsmiddelen proberen om het syntheseproces verder te onderzoeken om een ​​helderdere rode fosfor te verkrijgen. In recente jaren, er is meer belangstelling voor dieprode Mn-fosforen die worden geactiveerd zonder het gebruik van zeldzame aardmaterialen, zoals voor gebruik in LED kweeklampen, en toepassingen zullen naar verwachting in de toekomst uitbreiden.