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Jul 27, 2023

Un matériau, de nombreuses possibilités grâce à l'enrichissement de la luminescence dans les nanophosphores La2Zr2O7:Tb3+ pour les applications assistées par des stimuli médico-légaux

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 8898 (2022) Citer cet article 1362 Accès 12 Citations Détails des métriques L'ingénierie d'un matériau unique avec des applications multidirectionnelles est cruciale pour

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8898 (2022) Citer cet article

1362 Accès

12 citations

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L'ingénierie d'un matériau unique avec des applications multidirectionnelles est cruciale pour améliorer la productivité, les faibles coûts, la flexibilité, la moindre consommation d'énergie, etc. Pour répondre à ces exigences, de nouvelles structures de conception et des matériaux hautes performances sont nécessaires de toute urgence. Les nanophosphores dopés aux lanthanides possèdent les plus grandes forces et capacités afin d’ajuster leurs applications dans diverses dimensions. Cependant, les applications du nanophosphore dans la visualisation des empreintes digitales latentes, la lutte contre la contrefaçon et les gels/films luminescents en sont encore à leurs balbutiements. Cette étude a démontré une stratégie simple pour améliorer la luminescence des nanophosphores La2Zr2O7 dopés au Tb3+ (1 à 11 % en moles) en conjuguant divers flux via une voie de combustion simple en solution. Les spectres d'émission de photoluminescence révèlent des pics intenses à ~ 491, 546, 587 et 622 nm, qui résultent des transitions 5D4 → 7FJ (J = 6, 5, 4, 3) des ions Tb3+, respectivement. L’intensité d’émission la plus élevée a été obtenue dans le nanophosphore assisté par flux NH4Cl par rapport aux échantillons assistés par NaBr et NH4F. Les images colorimétriques d'empreintes digitales visualisées à l'aide du nanophosphore optimisé sur des surfaces médico-légales présentent des détails de crête de niveau III, notamment les pores sudoripares, la largeur des crêtes, l'angle de bifurcation et la distance successive entre les pores sudoripares, etc. Ces résultats sont des paramètres décisifs qui soutiennent clairement l’affirmation selon laquelle « il n’a jamais été constaté que deux personnes avaient les mêmes empreintes digitales ». L'encre de sécurité anti-contrefaçon a été formulée à l'aide de nanophosphores optimisés et divers motifs ont été conçus par de simples technologies de sérigraphie et de stylo plongeur. Les informations codées ont été déchiffrées uniquement sous une lumière ultraviolette de 254 nm. Tous les modèles conçus montrent non seulement à quoi ils ressemblent et à quel point ils fonctionnent mieux. En tant que contribution synergique à la luminescence améliorée du nanophosphore préparé, les films émissifs verts ont été fabriqués, qui présentent une excellente flexibilité, uniformité et transparence dans l'éclairage normal et ultraviolet de 254 nm. Les résultats susmentionnés ont révélé que les NP préparés La2Zr2O7: Tb3 + (7% en moles) assistés par flux NH4Cl sont considérés comme les meilleurs candidats pour les applications multidimensionnelles.

Au cours des dernières décennies, la demande mondiale d’énergie a considérablement augmenté depuis la révolution industrielle et il était donc nécessaire de développer des technologies innovantes pour répondre à ces demandes1,2. Pour atténuer ce problème, la production de lumière artificielle était l'un de ces domaines dans lesquels les scientifiques ont démontré un vif intérêt pour l'exploration des matériaux et des méthodes permettant de concevoir et de développer des dispositifs à faible consommation d'énergie3,4. Les nanophosphores (NP) dopés aux ions de terres rares (RE) étaient des candidats cruciaux qui ont été largement utilisés dans l'éclairage à semi-conducteurs, les écrans efficaces avec une luminosité élevée, une excellente efficacité de luminescence et des compétences supérieures en matière d'économie d'énergie, en raison de leurs bonnes performances thermiques et chimiques. stabilité5,6,7,8. Généralement, partiellement rempli 4f. les électrons des ions RE sont protégés par des orbitales remplies de 5 s et 5p, grâce auxquelles 4f. les transitions électroniques étaient défendues par des champs externes9. Ces 4f.-4f. Les transitions électroniques des ions RE se traduisent par des émissions étroites et une durée de vie plus longue, ce qui les rend incomparables avec les autres NP et désormais polyvalentes dans leurs utilisations10.

L'amélioration de l'intensité de photoluminescence (PL) des NP a été considérée comme une tâche majeure pour la communauté des chercheurs. Dans cet aspect, plusieurs stratégies ont été développées jusqu'à présent, telles que la compensation de charge, l'utilisation de flux, la création d'asymétrie dans le champ cristallin, etc.11,12. Parmi eux, les flux sont les plus importants dans la synthèse du luminophore et améliorent ainsi les caractéristiques optiques. Ils servent de support pour incorporer des activateurs, abaisser la température de cuisson et améliorer la cristallinité du phosphore13. Il a été démontré que les flux, notamment NaCl, KF, BaF2, NaF, LiF, BaCl2, etc., ont un effet favorable sur la distribution de la taille des cristallites et l'intensité de l'émission14,15,16,17. La sélection de matériaux hôtes inorganiques chimiquement et thermiquement stables, capables de retenir efficacement les ions dopants, était extrêmement nécessaire. À ce jour, plusieurs hôtes, tels que les sulfures, les silicates, les borates, le tungstate, les molybdates, les phosphates, etc. ont été largement étudiés18,19,20,21,22,23,24. Parmi eux, les pyrochlores de type A2B2O7, en particulier La2Zr2O7 (LZO), ont récemment retenu beaucoup d'attention de la part de la communauté scientifique des matériaux en raison de leurs propriétés intrigantes, telles que la flexibilité structurelle, la capacité à s'adapter à un grand nombre de dopants, la stabilité thermique et chimique élevée, excellente conductivité de l'oxygène, constante diélectrique élevée, etc.25,26,27. En conséquence, les pyrochlores LZO étaient considérés comme une classe cruciale de matériaux fonctionnels, offrant un large éventail d'applications, telles que les énergies renouvelables, la catalyse, les hôtes de déchets nucléaires, les scintillateurs, les phosphores, les capteurs thermiques, etc.28,29.