Abstract Zirconia (ZrO2) coatings, doped with Gd3+ and Dy3+ in various concentrations, were created by the plasma electrolytic oxidation (PEO) process of zirconium by the addition of Gd2O3 and Dy2O3 particles to the supporting electrolyte, respectively. Their morphological, chemical, phase, and above all, photoluminescent (PL) properties were examined. Morphologies resemble the typical appearance for PEO created coatings. Incorporated rare-earth species are uniformly distributed over the coatings. Gd3+ ion gets more easily incorporated than Dy3+ by the PEO. The main identified phase of ZrO2 is monoclinic. Gd3+ induces the morphing to the tetragonal phase, proportional to its doping concentration. Gd3+ exhibits maximum emission at 313 nm, corresponding to the 6P7/2 → 8S7/2 transition, by the 278 nm excitation, with intensity proportional to the doping concentration. The spectra also feature a broad-band originating from ZrO2 host matrix. The ZrO2:Dy3+ spectra feature peaks at typical positions for 4f-4f transitions of Dy3+, overlapping with ZrO2 PL. The appearance of new sharp peaks when exciting into the charge transfer band of Dy3+-O2- in comparison to the direct 4f-4f excitation is due to the emissions from the higher levels of Dy3+. PL emission intensity of ZrO2 drops with increasing Gd3+ or Dy3+ concentrations, indicating an efficient energy transfer mechanism. CIE diagram showed that the emissions of ZrO2:Dy3+ correspond to the cool-white (at ca. 4000 K) and warm-white (at ca. 3000 K) light, by the 355 nm and 280 nm excitations, respectively.

中文翻译：

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等离子体电解氧化形成的 ZrO2:Gd3+ 和 ZrO2:Dy3+ 涂层的光致发光

摘要 掺杂不同浓度 Gd3+ 和 Dy3+ 的氧化锆 (ZrO2) 涂层是通过锆的等离子体电解氧化 (PEO) 工艺通过分别向支持电解质中添加 Gd2O3 和 Dy2O3 颗粒而产生的。检查了它们的形态、化学、相，尤其是光致发光 (PL) 特性。形态类似于 PEO 涂层的典型外观。掺入的稀土物质均匀分布在涂层上。Gd3+ 离子比 Dy3+ 更容易被 PEO 结合。ZrO2 的主要鉴定相是单斜晶相。Gd3+ 诱导四方相的变形，与其掺杂浓度成正比。Gd3+ 在 313 nm 处表现出最大发射，对应于 6P7/2 → 8S7/2 跃迁，通过 278 nm 激发，强度与掺杂浓度成正比。光谱还具有源自 ZrO2 主体基质的宽带。ZrO2:Dy3+ 光谱在 Dy3+ 的 4f-4f 跃迁的典型位置具有峰值，与 ZrO2 PL 重叠。与直接 4f-4f 激发相比，当激发到 Dy3+-O2- 的电荷转移带时出现新的尖峰是由于更高水平的 Dy3+ 的发射。ZrO2 的 PL 发射强度随着 Gd3+ 或 Dy3+ 浓度的增加而下降，表明一种有效的能量转移机制。CIE 图显示 ZrO2:Dy3+ 的发射分别对应于冷白光（约 4000 K）和暖白光（约 3000 K），分别由 355 nm 和 280 nm 激发。Dy3+ 光谱在 Dy3+ 的 4f-4f 跃迁的典型位置具有峰值，与 ZrO2 PL 重叠。与直接 4f-4f 激发相比，当激发到 Dy3+-O2- 的电荷转移带时出现新的尖峰是由于更高水平的 Dy3+ 的发射。ZrO2 的 PL 发射强度随着 Gd3+ 或 Dy3+ 浓度的增加而下降，表明一种有效的能量转移机制。CIE 图显示 ZrO2:Dy3+ 的发射分别对应于冷白光（约 4000 K）和暖白光（约 3000 K），分别由 355 nm 和 280 nm 激发。Dy3+ 光谱在 Dy3+ 的 4f-4f 跃迁的典型位置具有峰值，与 ZrO2 PL 重叠。与直接 4f-4f 激发相比，当激发到 Dy3+-O2- 的电荷转移带时出现新的尖峰是由于更高水平的 Dy3+ 的发射。ZrO2 的 PL 发射强度随着 Gd3+ 或 Dy3+ 浓度的增加而下降，表明一种有效的能量转移机制。CIE 图显示 ZrO2:Dy3+ 的发射分别对应于冷白光（约 4000 K）和暖白光（约 3000 K），分别由 355 nm 和 280 nm 激发。与直接 4f-4f 激发相比，当激发到 Dy3+-O2- 的电荷转移带时出现新的尖峰是由于更高水平的 Dy3+ 的发射。ZrO2 的 PL 发射强度随着 Gd3+ 或 Dy3+ 浓度的增加而下降，表明一种有效的能量转移机制。CIE 图显示 ZrO2:Dy3+ 的发射分别对应于冷白光（约 4000 K）和暖白光（约 3000 K），分别由 355 nm 和 280 nm 激发。与直接 4f-4f 激发相比，当激发到 Dy3+-O2- 的电荷转移带时出现新的尖峰是由于更高水平的 Dy3+ 的发射。ZrO2 的 PL 发射强度随着 Gd3+ 或 Dy3+ 浓度的增加而下降，表明一种有效的能量转移机制。CIE 图显示 ZrO2:Dy3+ 的发射分别对应于冷白光（约 4000 K）和暖白光（约 3000 K），分别由 355 nm 和 280 nm 激发。