新型Ba?Sr(1-x)Nb?O?:xEu3?荧光粉的光学特性及Judd-Ofelt分析（用于发光应用）

《Journal of Luminescence》：Optical characteristics and Judd-Ofelt analysis of novel Ba 3Sr (1-x)Nb 2O 9 : xEu3+ phosphors for luminescent applications

高效红发射磷光体制备及性能研究。采用高温固相法合成了Ba3Sr(1-x)Nb2O9:xEu3+（x=0.02-0.12）磷光体，通过XRD、FESEM等证实材料具有六方晶系单相结构及块状聚集形貌，最佳Eu3?掺杂量0.08时实现609nm主峰发射，色坐标（0.61-0.63,0.36-0.38）达色纯度100%，内量子效率达35.9%。

　　磷光体转换白光发光二极管（pc-WLEDs）作为高效、可持续固态照明技术的发展方向，正受到越来越多的关注。近年来，随着全球能源需求的不断增长，以及对环境友好型照明解决方案的迫切需求，pc-WLEDs因其优异的光学效率、低功耗、长寿命等特性，成为替代传统照明和显示技术的重要选择。本文研究了一种基于三倍钙钛矿结构的Ba?Sr(1-x)Nb?O?:xEu3?（x = 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.12）磷光体，通过传统高温固态反应法进行合成，并对其结构、形貌和光学性能进行了系统分析。研究结果表明，这种磷光体在紫外、近紫外和蓝光激发下能够产生高效的红色光发射，展现出良好的应用前景。

当前，照明和显示技术对能源效率和环境可持续性提出了更高的要求。据国际能源署预测，到2040年，全球能源需求将增长28%，达到4.72 x 101? MWh。这种增长主要来源于人口增长、工业化进程加快以及技术进步。在这一背景下，开发新型高效的照明材料显得尤为重要。传统的白光LED主要依赖于蓝光InGaN芯片与黄色发射的YAG:Ce3?磷光体的组合，虽然这种方案具有较高的发光效率，但其光谱中缺乏红色成分，导致色温偏高，显色指数较低，难以满足室内照明等对暖光的需求。因此，研究能够实现三基色（红、绿、蓝）发射的磷光体，成为提升白光LED性能的关键方向。

红色磷光体在白光LED中发挥着至关重要的作用。它们不仅能够改善光谱的红色成分，从而降低色温，提高显色指数，还能增强整体的光色质量。然而，目前大多数商用红色磷光体依赖于氮化物和硫化物作为基质材料，这些材料在光输出、稳定性、成本以及合成工艺等方面存在一定的局限性。例如，氮化物磷光体通常需要较高的合成温度，而硫化物磷光体则可能面临稳定性差、毒性等问题。因此，开发具有高光学效率、高稳定性和简单合成工艺的新型红色磷光体，成为解决这些问题的有效途径。

在稀土元素掺杂的磷光体中，三价 europium（Eu3?）离子因其独特的发光特性而备受关注。Eu3?离子的4f-4f电子跃迁能够产生锐利的发射线，这主要得益于其部分填充的4f轨道被5s和5p轨道有效屏蔽，从而减少了外界化学环境对其的影响。这种特性使得Eu3?成为制备高效红色发射磷光体的理想选择。此外，Eu3?离子的吸收范围通常在350至500 nm之间，与紫外、近紫外和蓝光LED芯片的发射波长高度匹配，为实现高效的光转换提供了可能。

本文研究的Ba?SrNb?O?:xEu3?磷光体是一种基于三倍钙钛矿结构的新型材料。钙钛矿结构因其高度有序的离子排列而被广泛应用于稀土离子掺杂的磷光体研究中。这种结构不仅有助于减少晶格缺陷，还能促进能量的有效传递，提高发光效率。Ba?SrNb?O?作为钙钛矿结构的基质材料，具有良好的物理、化学和热稳定性，同时具备较低的成本和环境友好性，使其在多种应用领域展现出潜力。然而，此前关于Eu3?掺杂Ba?SrNb?O?磷光体的发光性能尚未有系统报道。因此，本文重点研究了该材料的结构、形貌和发光特性，以评估其在固态照明中的应用潜力。

在合成过程中，研究者采用了高温固态反应法，通过精确称量和研磨BaCO?、SrCO?、Nb?O?和Eu?O?等前驱体，按照特定的化学计量比进行混合。随后，将混合物置于氧化铝坩埚中，在1000°C下进行高温烧结，持续6小时。最终获得的产物经过进一步的处理和表征，以确保其具有良好的结晶性和纯度。X射线衍射（XRD）分析结果表明，所制备的磷光体具有六方结构，并且在不同Eu3?掺杂浓度下均未观察到第二相的存在，这说明Eu3?离子能够有效地掺入到基质晶格中，而不会改变其原有的晶体结构。此外，XRD图谱中的主要衍射峰与标准卡片Ba?SrNb?O?（JCPDS # 00-073-1872）相吻合，进一步验证了材料的结构一致性。

为了进一步了解磷光体的微观结构和表面形貌，研究者使用了场发射扫描电子显微镜（FESEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）进行分析。FESEM图像显示，所制备的磷光体呈现出聚集的块状结构，而HRTEM图像则揭示了其晶格间距与XRD分析结果一致，表明材料具有良好的结晶度和均匀性。同时，能量色散X射线光谱（EDS）分析结果证实了所制备样品的元素组成与预期一致，进一步支持了Eu3?离子的成功掺杂。

在光学性能方面，研究者通过漫反射光谱（DRS）和激发光谱（PLE）分析了磷光体的光吸收和激发特性。DRS和PLE光谱显示，该磷光体能够被高效地激发于280、393和466 nm波长，分别对应于紫外、近紫外和蓝光LED芯片的发射波长。这表明，该磷光体与这些LED芯片具有良好的光谱匹配性，能够在实际应用中实现高效的光转换。在这些激发条件下，观察到了Eu3?离子的特征发射峰，其主要发射波长位于609 nm，对应的跃迁为5D?至7F_J（J=1,2,3,4）之间的电子跃迁。这一结果表明，Eu3?离子在该磷光体中能够实现高效的红色发射，具有良好的应用潜力。

进一步的光致发光（PL）研究显示，该磷光体的发射光谱呈现出橙红色光，其CIE色坐标分别为（0.61,0.38）、（0.62,0.37）和（0.63,0.36），表明其能够实现较高的色纯度，特别是在暖光区域。此外，PL发射的衰减曲线表现出双指数特性，其中较短的寿命处于毫秒量级，这可能与材料中多种发光机制的存在有关。通过分析PL发射的浓度依赖性，研究者发现Eu3?离子的最佳掺杂浓度为x=0.08。在更高的浓度下，观察到发光效率下降，这可能是由于偶极-偶极相互作用引起的浓度猝灭效应。

为了更深入地理解磷光体的发光机制，研究者使用了JO理论计算了相关的光谱参数，如Ω?和Ω?。计算结果表明，Ω?值高于Ω?值，这可能与材料中Eu3?离子的发光特性有关。此外，研究者还评估了相关的辐射参数，如分支比、总跃迁概率和受激截面。结果显示，该磷光体具有较高的受激截面，这表明其在光转换过程中具有较高的能量利用效率。结合这些参数，可以进一步推断该磷光体在实际应用中具有良好的发光性能和能量转换效率。

综合来看，Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体展现出优异的光学性能，特别是在红色发射方面。其高纯度、良好结晶性和稳定结构为实现高效的光转换提供了基础。此外，该磷光体能够与紫外、近紫外和蓝光LED芯片良好匹配，使得其在白光LED中的应用成为可能。通过优化Eu3?的掺杂浓度，研究者成功避免了浓度猝灭效应，实现了较高的发光效率。同时，该磷光体的色纯度和色坐标表明其能够产生高质量的暖光，适用于室内照明等应用场景。

考虑到其良好的物理、化学和热稳定性，以及较低的成本和环境友好性，该磷光体在固态照明领域具有广阔的应用前景。此外，其高光学效率和良好的光谱匹配性，也使其在其他光学应用中展现出潜力，如激光器、光学数据存储和显示技术等。因此，Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体被认为是一种具有重要应用价值的新型红色发射材料，为未来高效、可持续的固态照明技术提供了新的选择。

在研究过程中，作者团队对材料的制备、表征和性能分析进行了深入探讨。研究者通过XRD、FESEM、HRTEM、EDS和FTIR等多种分析手段，全面评估了该磷光体的结构和形貌特性。同时，通过DRS和PL光谱分析，深入研究了其光学性能，包括激发波长、发射波长、发光效率和色坐标等。这些研究结果不仅为理解该磷光体的发光机制提供了依据，也为其在实际应用中的优化提供了方向。

本文的研究成果表明，Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体是一种具有高光学效率和良好稳定结构的新型材料，能够有效满足现代照明和显示行业对高效、可持续光源的需求。其优异的红色发射性能和良好的光谱匹配性，使其在白光LED中的应用成为可能。此外，该磷光体的高色纯度和低色温特性，使其在室内照明等应用场景中具有优势。因此，该磷光体被认为是一种具有重要应用价值的新型红色发射材料，为未来高效、可持续的固态照明技术提供了新的选择。

在当前全球能源需求不断上升的背景下，开发高效、可持续的固态照明技术显得尤为重要。本文研究的Eu3?掺杂Ba?SrNb?O?磷光体不仅在结构和形貌方面表现出良好的特性，还在光学性能方面展现出优异的发光效率和色纯度。这些特性使得该材料在固态照明领域具有广泛的应用前景，特别是在白光LED的红色发射部分。通过优化Eu3?的掺杂浓度，研究者成功避免了浓度猝灭效应，提高了发光效率。同时，该磷光体的高稳定性、良好的环境适应性以及较低的成本，使其在实际应用中更具优势。

随着科技的进步和对可持续能源的重视，新型磷光体材料的研究正在不断推进。Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体作为一种基于三倍钙钛矿结构的新型材料，具有独特的物理和化学性质，能够满足多种应用需求。其高光学效率和良好的稳定性，使其在照明和显示技术中具有重要价值。此外，该材料的低成本和环境友好性，也使其在大规模生产和应用中更具可行性。因此，Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体被认为是未来高效、可持续固态照明技术的重要候选材料之一。

在总结本研究时，可以得出以下结论：Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体具有良好的结构和形貌特性，能够被紫外、近紫外和蓝光LED芯片高效激发，并产生高质量的橙红色光。其高色纯度和低色温特性，使其在室内照明等应用场景中具有优势。此外，该磷光体的高光学效率和良好的稳定性，使其在实际应用中表现出良好的性能。通过优化Eu3?的掺杂浓度，研究者成功避免了浓度猝灭效应，提高了发光效率。这些结果表明，该磷光体在固态照明领域具有广阔的应用前景，特别是在白光LED的红色发射部分。

综上所述，Eu3?掺杂的Ba?SrNb?O?磷光体作为一种新型红色发射材料，展现出良好的应用潜力。其优异的结构和形貌特性、高光学效率、良好的稳定性以及环境友好性，使其在固态照明技术中具有重要价值。未来，随着对高效、可持续光源需求的增加，这种磷光体有望在实际应用中发挥更大的作用，为现代照明和显示行业提供新的解决方案。