BaSc?O?:Sm3?中的橙红色发光特性在近紫外LED驱动的白光照明中的应用，可实现高显色指数

《Journal of Alloys and Compounds》：Orange-Red Emission in BaSc 2O 4:Sm3+ toward Near-Ultraviolet-LED-Driven White Lighting with High Color Rendering Index

该研究开发了一种新型Sm3?掺杂的BaSc?O?橙红色发光磷光体，在紫外激发下呈现570-720nm宽谱发射，优化浓度下内量子效率达20.34%，并首次发现其异常热淬灭现象：低温时发光强度随温度升高而降低，高温时因热致发光补偿而增强，480K时保留59.25%强度。将其与商用蓝、黄磷光体结合制成白光LED，色渲染指数达92，色温4043K，为高质白光照明提供新方案，同时拓展了Scandate基质磷光体的研究应用。

　　近年来，随着对高效、环保和长寿命照明技术的需求不断增长，磷光体转换发光二极管（pc-LEDs）在照明和显示领域得到了广泛应用，并逐渐拓展至医学成像、传感器、光学信息存储以及智能农业等新兴领域。在这些应用中，磷光体作为核心组件，对提升器件的发光效率和改善色彩质量起着至关重要的作用。因此，开发具有优异性能的新型磷光体成为当前研究的热点之一。

在众多磷光体中，宽带发射的YAG:Ce3?（Y?Al?O??:Ce3?）磷光体因其能够吸收蓝光LED芯片的发射光（波长约为440–460 nm），并通过能量转移过程发出黄光，从而实现高发光效率的白光LED成为最著名的代表之一。然而，YAG:Ce3?磷光体在发射光谱中缺乏红色成分，导致所生成的白光LED在色渲染指数（CRI）和相关色温（CCT）方面表现不佳，CRI通常低于75，而CCT往往超过4500 K，这限制了其在高品质照明领域的应用。因此，开发能够有效补充红色光谱成分的高性能红光磷光体成为当前研究的重要方向。

三价钐离子（Sm3?）因其电子结构为[Xe]4f?6s2，通常在500至750 nm波长范围内发出典型的橙红色光，其发射来源于Sm3?离子从4G?/?能级向6H_J（J = 5/2, 7/2, 9/2, 和 11/2）能级的特征辐射跃迁。因此，Sm3?被认为是有机磷光体中极具潜力的红色发射中心。近年来，研究人员在多种基质中开发了Sm3?激活的红光磷光体，例如Sr?CaMoO?:Sm3?、Na?Pb?(SO?)?Cl:Sm3?、Sr?Sn?O?:Sm3?、Sr?Bi(PO?)?:Sm3?、NaLaMgTeO?:Sm3?以及CaB?O?:Sm3?等。这些磷光体在发光性能方面表现出色，部分甚至具备高量子效率和窄带发射的特性。然而，尽管在磷光体研究中取得了诸多进展，Sm3?激活的钪酸盐磷光体仍处于较少开发的阶段。

基于这一背景，本文报告了一种新型的Sm3?激活的钪酸盐磷光体——BaSc?O?:Sm3?（简称BSO:Sm3?）。该磷光体具有强烈的橙红色发射特性，适用于高品质白光LED照明。BSO:Sm3?磷光体通过高温固相反应法进行合成，其结构和光致发光（PL）特性得到了系统的分析和研究。实验结果表明，该磷光体在近紫外光（NUV）激发下（波长为409 nm）表现出从550至750 nm的宽光谱发射，其主要发射峰分别位于570、609、658和720 nm处，这些发射峰来源于Sm3?离子从4G?/?到6H_J（J = 5/2, 7/2, 9/2, 和 11/2）能级的跃迁过程。在Sm3?掺杂浓度为3 mol%时，BSO:Sm3?磷光体表现出最佳的发光性能，其内部量子效率（IQE）达到20.34%。

值得注意的是，BSO:Sm3?磷光体还表现出一种特殊的热淬灭行为。随着温度的升高，其发射强度在初始阶段有所下降，但随后又逐渐恢复并达到一个新的峰值。这种异常的热稳定性使得该磷光体在高温工作条件下仍能保持较高的发光效率，其在480 K时的发射强度保留率达到59.25%。这种热淬灭行为的出现，可能是由于在高温下，部分被淬灭的发射光谱能够通过热激发重新释放，从而补偿了温度升高带来的发光损失。

为了验证BSO:Sm3?磷光体在白光LED中的应用潜力，研究人员将其与两种商业化的蓝光和黄光磷光体结合，制备了一个近紫外光泵浦的磷光体转换LED器件。实验结果表明，该LED器件能够产生高品质的白光，其色渲染指数（CRI）高达92，相关色温（CCT）为4043 K。这一结果表明，BSO:Sm3?磷光体不仅能够有效补充白光LED中缺失的红色成分，还能够显著提升其色彩质量，使其更适用于高要求的照明场景。

此外，BSO:Sm3?磷光体的合成方法具有一定的可操作性和可扩展性，其结构特性也使其在高温稳定性和化学惰性方面表现出色。这使得该磷光体在实际应用中具有较高的可行性。同时，BSO:Sm3?的发光特性也为进一步开发具有独特发光性能的钪酸盐磷光体提供了理论依据和实验基础。未来的研究可以围绕优化Sm3?的掺杂浓度、改善磷光体的热稳定性以及探索其在其他应用领域的潜力展开。

在实验过程中，研究人员通过高温固相反应法合成了一系列BSO:Sm3?磷光体，并对其结构、相纯度和形貌进行了详细分析。实验结果表明，BSO:Sm3?磷光体具有良好的晶体结构，其晶格参数和晶型特征符合预期。此外，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段对磷光体的微观结构进行了表征，进一步确认了其物理和化学特性。这些研究不仅为理解Sm3?在钪酸盐基质中的发光机制提供了重要信息，也为后续的性能优化和应用拓展奠定了基础。

BSO:Sm3?磷光体的发光特性与其结构密切相关。在钪酸盐基质中，Sm3?离子的掺杂位置和周围环境对其发光效率和光谱分布起着关键作用。通过调整Sm3?的掺杂浓度，研究人员能够有效调控磷光体的发光性能，从而获得最佳的发光效果。此外，研究还发现，BSO:Sm3?磷光体在不同温度下的发光行为存在显著变化，这种热稳定性对于LED器件在实际应用中的性能表现至关重要。因此，进一步研究BSO:Sm3?磷光体的热响应机制，有助于提升其在高温环境下的应用适应性。

在实际应用中，BSO:Sm3?磷光体展现出广阔的前景。由于其能够提供宽范围的橙红色发射，结合蓝光和黄光磷光体，可以实现高色渲染指数和低相关色温的白光LED光源。这种光源不仅能够满足日常照明的需求，还适用于对色彩还原能力有较高要求的场景，如室内照明、舞台灯光、汽车照明以及医疗照明等。此外，BSO:Sm3?磷光体的高量子效率和良好的热稳定性，使其在高功率LED器件中也具有应用潜力。

总的来说，BSO:Sm3?磷光体的开发为高品质白光LED照明提供了一种新的解决方案。其优异的发光性能和热稳定性不仅提升了LED光源的色质量和发光效率，还为钪酸盐基质磷光体的研究提供了新的思路。未来，随着对磷光体发光机制的深入研究和合成技术的不断优化，BSO:Sm3?磷光体有望在更多领域得到应用，推动新型照明技术的发展。

本文的研究成果不仅展示了Sm3?在钪酸盐基质中的发光潜力，还揭示了钪酸盐作为磷光体基质的独特优势。钪酸盐因其高化学和物理稳定性、较低的振动频率以及Sc3?离子较小的离子半径（0.87 ?），能够有效减少非辐射跃迁，从而提高磷光体的发光效率。此外，钪酸盐基质还能够提供良好的晶体结构，使得Sm3?离子的发光特性得以充分发挥。因此，开发基于钪酸盐基质的Sm3?激活磷光体，不仅有助于提升白光LED的性能，也为其他类型的磷光体设计提供了新的方向。

在实际应用中，BSO:Sm3?磷光体的合成方法具有一定的通用性，可以推广至其他类似的钪酸盐磷光体的制备。此外，BSO:Sm3?磷光体的发光特性可以通过调整其掺杂浓度和结构参数进行优化，从而满足不同应用场景的需求。例如，在需要更高红光发射的场景中，可以通过增加Sm3?的掺杂浓度来增强其发射强度；而在需要更宽光谱覆盖的场景中，则可以通过调整其他掺杂元素的含量来优化其发光性能。

同时，BSO:Sm3?磷光体的热稳定性也为其在高温环境下的应用提供了保障。在LED器件的工作过程中，温度变化是一个不可忽视的因素，尤其是在高功率LED中，温度升高可能会导致磷光体的发光效率下降。然而，BSO:Sm3?磷光体表现出的异常热淬灭行为，使其在高温下仍能保持较高的发光强度，这在一定程度上提高了其在实际应用中的可靠性。因此，BSO:Sm3?磷光体不仅适用于常规的LED照明，还可能在高温工作环境下的特殊照明应用中发挥重要作用。

综上所述，本文所报告的BSO:Sm3?磷光体具有显著的发光性能和热稳定性，为高品质白光LED照明提供了一种新的选择。其合成方法的可行性和发光特性的可调控性，使得该磷光体在未来的磷光体研究和应用中具有广阔的发展空间。此外，BSO:Sm3?磷光体的开发也为钪酸盐基质磷光体的研究提供了新的思路，推动了新型磷光体的探索与创新。