O professor Hiromi Nakano da Toyohashi University of Technology usou um material com uma estrutura periódica única (material inteligente:Li-M-Ti-O [M =Nb ou Ta]) como material hospedeiro para sintetizar novo Mn ⁴⁺ - fósforos ativados que exibem emissões de luz vermelha em 685 nm quando excitados em 493 nm. Porque a valência dos íons Mn no material muda de Mn ⁴⁺ para Mn ³⁺ de acordo com a temperatura de sinterização, composição, e estrutura cristalina, há uma diferença na intensidade de fotoluminescência dos fósforos. XRD, TEM, e XANES foram usados ​​para esclarecer a relação entre a intensidade da fotoluminescência e a temperatura de sinterização, composição, estrutura de cristal, e co-dopagem com MgO.

A cor branca em LEDs brancos é geralmente obtida excitando um fósforo amarelo com luz azul. Contudo, o índice de reprodução de cor com este método é avaliado como baixo porque há luz vermelha insuficiente em comparação com a luz solar. Portanto, fósforos que emitem luz vermelha têm um papel importante como materiais com alto índice de reprodução de cor.

Anteriormente, A equipe do professor Nakano usou um material inteligente (Li-M-Ti-O [M =Nb ou Ta]) como material hospedeiro para sintetizar um Eu ³⁺ -fósforo vermelho ativado. Desta vez, eles sintetizaram um novo Mn ⁴⁺ - fósforos vermelhos ativados sem o uso de materiais de terras raras.

O sistema Li-Nb-Ti-O (LNT) e o sistema Li-Ta-Ti-O (LTT) são ambos materiais inteligentes (veja a figura por exemplo) que se auto-organizam em uma estrutura periódica com um período de intercrescimento que muda de acordo com ao TiO ₂ quantidade de dopagem. A área da estrutura periódica do sistema LTT é mais estreita do que a do sistema LNT, e há uma diferença nas condições de sinterização para sua criação. Portanto, ao comparar os sistemas LNT e LTT, a equipe investigou de perto como a intensidade da fotoluminescência e a valência do íon Mn mudam com a temperatura de sinterização, composição, estrutura de cristal, e co-dopagem com MgO.

Como resultado desta pesquisa, entendeu-se que o LTT tinha uma intensidade de fotoluminescência notavelmente maior do que o LNT devido às mudanças na estrutura do cristal devido à temperatura de sinterização e à composição. Geralmente, se a temperatura de sinterização for alta, Mn ⁴⁺ irá provavelmente reduzir para Mn ³⁺ , explicando a diminuição da intensidade da fotoluminescência. Em relação às mudanças na estrutura cristalina, quando o TiO ₂ quantidade de dopagem é aumentada, o número de [Ti ₂ O ₃ ] ²⁺ camadas de intercrescimento periódico também aumentam. Como a camada de intercrescimento é formada com Ti ³⁺ íons, entendeu-se que as deficiências de oxigênio circundantes contribuem para reduções de Mn ⁴⁺ para Mn ³⁺ . Adicionalmente, quando a dopagem com MgO foi realizada para aumentar a intensidade da fotoluminescência, o fósforo LTT que não tinha uma estrutura periódica exibiu um Mn de 100% ⁴⁺ razão e a maior intensidade de fotoluminescência.

O aluno que estava inicialmente envolvido no experimento afirmou que "o Mn ⁴⁺ fósforo não exibiu fotoluminescência com o material hospedeiro ", e a pesquisa foi suspensa por cerca de seis meses. Próximo ano, um aluno diferente sintetizou o fósforo e afirmou, "exibe uma fotoluminescência fraca, mas acho que podemos tentar algumas coisas para melhorá-lo. "Por meio de tentativas e erros repetidos, a equipe descobriu um fator importante:além da temperatura de sinterização, houve diferenças significativas nas mudanças na estrutura cristalina quando o Mn ⁴⁺ proporção foi controlada. Por meio de inúmeras viagens ao Centro de Radiação Síncrotron de Aichi, a equipe foi capaz de medir o Mn ⁴⁺ ratear e consolidar seus resultados de pesquisa.

The Mn ⁴⁺ - o fósforo ativado teve que ser sintetizado a uma temperatura comparativamente baixa de 850 ° C, a fim de aumentar o Mn ⁴⁺ Razão. Contudo, sob esta condição, há um problema com cristalinidade moderadamente baixa. No futuro, eles tentarão vários co-dopantes para explorar ainda mais o processo de síntese para obter um fósforo vermelho mais brilhante. Nos últimos anos, tem havido mais interesse em fósforos de Mn vermelho escuro ativados sem o uso de materiais de terras raras, como para uso em luzes LED de crescimento, e os aplicativos podem ser expandidos no futuro.