多模彩色可调谐荧光粉BaZrSi?O?:Bi3?,Eu2?的合成及其在白光LED和防伪领域的应用

《Journal of Alloys and Compounds》：Synthesis and applications of multi-mode color tunable phosphors BaZrSi 3O 9:Bi3+,Eu2+ for w-LEDs and anti-counterfeiting

采用高温固相法合成Bi3+/Eu2+共掺杂BaZrSi?O?荧光材料，实现发光颜色（黄至绿）和色温（5002K降至4609K）的可调性，并具备温度敏感特性。该材料与PVA复合制成防伪墨水，具有优异热稳定性、柔韧性及多模式发光特性，可持续发光4秒，适用于LED照明和防伪技术。

　　

阮文科|顾淑丽|李伟|李和如|肖倩川|谢沐标

岭南师范学院化学与化学工程学院，湛江，524048，中国

摘要

开发高效、可调谐的激发/发射特性以及具有可持续发光特性的单相无机发光材料，在信息加密和先进防伪技术的进步中发挥着重要作用。本文采用了一种通用的高温固相法合成了Bi³⁺和Eu²⁺共掺杂的BaZrSi₃O₉（BZSO）荧光体，该荧光体具有光谱可调性和温度敏感性，在照明和防伪领域具有潜在应用价值。优化后的蓝绿色发光荧光体BZSO:0.03Bi³⁺,0.05Eu²⁺在白光LED器件中应用后，显著提高了显色指数（CRI）从89提升至93，同时相关色温（CCT）从5002K降低到4609K。通过用不同浓度的Eu²⁺替代Bi³⁺，可以调节基体的发光颜色，从黄色变为绿色。BZSO:0.03Bi³⁺,0.05Eu²⁺样品的光致发光（PL）光谱随激发波长（270至420nm）的变化而变化。将制备好的粉末与可溶性聚乙烯醇（PVA）混合，制成了先进的防伪油墨。这种BZSO:0.03Bi³⁺,0.05Eu²⁺/PVA复合发光薄膜不仅具有良好的热稳定性、耐水性、透明性、柔韧性和易加工性，还具有多模式可调发光和可持续发光的特性。总之，这种变色且长效的发光荧光材料为未来的复杂先进防伪应用提供了可能性。

引言

随着社会的快速发展，贵重商品、药品、文件和货币等的伪造行为几乎渗透到了我们生活的方方面面，每年造成巨大的经济损失，并成为威胁社会稳定的严重问题[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。因此，开发新的防伪技术以减少经济损失并保障公共安全变得至关重要。

材料与方法

BaZrSi₃O₉:0.03Bi³⁺/xEu²⁺粉末（简称为BZSO:0.03Bi³⁺, xEu²⁺，x = 0 ~ 0.1）是通过常规的高温固相反应方法合成的（补充信息：在合成Bi³⁺单掺杂的BZSO荧光体时，当掺杂浓度为0.03时，其发光强度最佳，见图S1）。起始原料为BaCO₃（99.99%，纯度，Aladdin，中国）、ZrO₂（99.999%，纯度，Aladdin，中国）、SiO₂（99.99%，纯度，Aladdin，中国）、Bi₂O₃（99.99%，

相组成与晶体结构

为了研究制备样品的相组成和纯度，图1(a)展示了代表性的BZSO和BZSO:Bi, Eu样品的XRD图谱对比。所有样品均被鉴定为BaZrSi₃O₉（JCPDS: 29-0214），并检测到SiO₂（*-JCPDS: 51-1379）和ZrO₂（^{#-JCPDS: 37-1484）的微弱过量峰，这可能是由于部分未反应的SiO₂和ZrO₂形成的次生相[23]、[25]。然而，这些杂质随着}

结论

总之，我们合成了具有可调色性和可持续荧光特性的BZSO:Bi³⁺,Eu²⁺荧光体。BZSO:Bi³⁺, xEu²⁺荧光体在不同Eu²⁺掺杂浓度、不同紫外光照射下以及不同温度下可以表现出不同的发光颜色。在移除365nm紫外灯后，BZSO:Bi³⁺, xEu²⁺荧光体仍能在4秒内持续发光。这种白光LED具有较高的显色指数（Ra = 93）和较低的应用色温

CRediT作者贡献声明

李和如：研究工作。 李伟：研究工作。 谢沐标：监督、项目管理、资金获取、概念构思。 肖倩川：研究工作。 顾淑丽：研究工作。 阮文科：撰写——初稿。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系。谢沐标报告称获得了广东省自然科学基金委员会的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究（工作/研究）得到了广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515012586）、湛江市科技计划项目（2022A01027）、湛江市非资助科技计划项目（2024B01102）以及岭南师范学院校级项目（LT2409）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。