通过Li+和Mg2+离子掺杂实现双重调制，优化Ca(WO4):Er3+/Yb3+荧光体的发光性能和功能性，应用于非接触式光学温度测量及防伪领域

《Journal of Alloys and Compounds》：Optimising Luminescence and Functionality of Ca(WO 4): Er3+/Yb3+ Phosphors via dual modulation with Li+ and Mg2+ ion Doping for Non-contact Optical Thermometry and Anti-Counterfeiting Applications.

钙 tungstate 稀土掺杂材料的光学特性与防伪应用研究，通过高温固相反应法合成Li+/Mg2+共掺杂CaWO4:Er3?/Yb3?磷光体，XRD和FE-SEM证实晶体结构稳定，光致发光和上转换发光效率随掺杂浓度变化显著，优化样品在980nm激发下表现出优异的温度依赖性，在光学测温与指纹检测领域具有应用潜力。

　　这项研究探讨了Li?和Mg2?离子对CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料在光致发光特性、光学温度测量能力和防伪应用方面的综合影响。通过将稀土元素Er3?和Yb3?掺杂进钙钨酸盐CaWO?中，这类材料在光电子领域展现出巨大的潜力。然而，为了进一步提升其性能和应用范围，引入碱金属和碱土金属离子成为一种有策略性的方法。研究人员成功采用高温固态反应法合成了一系列CaWO?:Er3?/Yb3?共掺杂的磷光材料，其中加入了不同浓度的Li?和Mg2?离子。通过对这些材料进行结构和形貌分析，采用了X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）技术，同时利用能量色散X射线光谱（EDS）进行元素分析。光致发光光谱技术则用于研究这些磷光材料的发光特性。

研究发现，Li?和Mg2?离子对CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料的发光性能产生了深远的影响。实验结果显示，当使用980 nm激光激发时，这些材料表现出优异的温度依赖性上转换发光现象，这表明它们在光学温度测量方面具有应用前景。此外，优化后的磷光样品在潜指纹检测和安全墨水应用中也展现出良好的效果。这些发现为设计和制造新型发光材料提供了重要的理论依据，并且在光学温度传感和安全相关技术方面具有广泛的应用价值。

在引言部分，研究者首先介绍了稀土元素掺杂的上转换材料的基本特性。这类材料能够将紫外光转换为可见光，同时吸收低能量的近红外光并发射高能量的光。近年来，基于稀土元素的发光纳米材料因其低毒性、高化学稳定性、优异的光稳定性、窄发射光谱以及长发光寿命而受到广泛关注。这些特性使得它们在防伪、生物标记和光学温度传感等多个领域得到了重要应用。与荧光量子点和有机分子荧光基团等其他发光材料相比，稀土元素掺杂的上转换纳米颗粒具有更高的稳定性和更窄的发射光谱，同时避免了背景干扰，并且能够调节颜色以实现多种应用需求。然而，上转换材料的效率仍然受到显著限制，这成为制约其广泛应用的主要障碍。

为了解决这一问题，研究人员开发了多种方法，包括控制晶体相、设计核壳结构、杂质掺杂等。其中，杂质掺杂被认为是一种易于实施且效果显著的方法。已有研究表明，碱金属离子对宿主材料中的局部晶场产生了显著影响，改变了掺杂位点或间隙位点的结构，从而增强了上转换发光的强度。这一现象的原因包括晶体结构的改善、缺陷状态的减少、淬灭中心的降低、电荷补偿以及发光寿命的延长。一些研究团队已经分析了三种碱金属离子（Li?、Na?和K?）对不同稀土元素掺杂宿主材料光学性能的影响。

研究者进一步指出，选择合适的宿主材料以及开发具有优异光学特性的上转换磷光材料是提高上转换效率的另一种重要途径。理想的宿主材料应具备低声子能量和与掺杂离子略有晶格失配的特性。较低的声子能量有助于减少非辐射跃迁，从而提高上转换效率。同时，适当的晶格失配可以增强稀土离子在晶场中的发光效果。目前，大多数稀土元素掺杂的上转换磷光材料主要采用卤化物，特别是NaYF?。然而，这类材料的化学稳定性较差，限制了其在工业领域的应用。因此，有必要探索具有高上转换效率的稳定氧化物宿主材料。

钨酸盐化合物是一类重要的氧化物材料，在光致发光、微波等多个领域具有广泛应用。与其它氧化物材料相比，钙钨酸盐CaWO?具有较高的密度（6.1 g/cm3）和较强的辐射损伤抗性。此外，CaWO?中W??离子的高电荷和小半径导致了较强的极化效应。这种极化效应会降低晶体的对称性，并增加稀土离子在晶场中的斯托克能量分裂。CaWO?的特性包括非毒性、成本效益以及显著的光致发光性能。由于直接允许的电子跃迁，其强发射位于460至560 nm的光谱范围内。Er3?离子对环境非常敏感，因此研究其在CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料中的发光特性具有重要意义。

在本研究中，研究人员深入探讨了Li?和Mg2?离子对CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料发光性能的影响。通过高温固态反应法合成了一系列掺杂不同浓度Li?和Mg2?离子的CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料。Li?和Mg2?离子的较小半径使得它们能够更好地融入CaWO?的晶格结构中。研究人员在980 nm激光激发下研究了这些材料的上转换发光行为，并发现磷光材料的发光强度与其掺杂的Li?和Mg2?离子浓度密切相关。此外，还观察到了良好的温度依赖性发光特性，这表明这些材料在光学温度测量方面具有应用潜力。优化后的磷光样品在潜指纹检测和安全墨水应用中也表现出良好的效果。

在材料合成部分，研究者详细描述了合成过程。CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料被掺杂不同浓度的Li?（0%、5%、10%、15%和20%）和Mg2?（5%和10%）离子，通过高温固态反应法进行合成。合成过程中，化学物质的用量根据特定的化学计量比进行计算，以确保最终产物的组成符合预期。具体的化学反应式表明，CaCO?与WO?在高温下反应生成CaWO?，并释放出CO?。这一过程是合成磷光材料的关键步骤，通过精确控制反应条件和原料比例，可以获得具有优异性能的材料。

在表征技术部分，研究者采用了一系列先进的分析方法。X射线衍射（XRD）技术被用于研究样品的结晶度和相形成情况。通过在2θ角范围为10至80度、步长为0.02度的条件下进行XRD分析，研究人员能够确定样品的晶体结构。XRD图谱显示，CaWO?具有四角晶系结构，而掺杂Li?和Mg2?离子后，XRD图谱中的衍射峰略微向高角度（2θ）方向偏移，表明晶格结构发生了微小的变化。这些变化可能与Li?和Mg2?离子在CaWO?晶格中的位置有关，从而影响材料的光学性能。

此外，场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）技术被用于研究材料的形貌特征。FE-SEM图像显示，不同浓度的Li?和Mg2?离子对材料的微观结构产生了显著影响。随着掺杂浓度的增加，材料的表面形貌变得更加均匀和致密，这可能有助于提高其发光效率。能量色散X射线光谱（EDS）技术则用于分析材料的元素组成，确认Li?和Mg2?离子是否成功掺杂进CaWO?晶格中。这些表征技术为研究材料的结构和性能提供了重要依据。

在光致发光特性分析部分，研究人员采用光致发光光谱技术对CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料的发光行为进行了详细研究。实验结果显示，掺杂Li?和Mg2?离子后，材料的发光强度显著增强。这一现象可能与Li?和Mg2?离子对晶场的改变有关，从而优化了稀土离子的发光效率。此外，研究人员还观察到材料在不同温度下的发光行为具有良好的温度依赖性，这表明它们在光学温度测量方面具有应用潜力。通过调节Li?和Mg2?离子的浓度，研究人员能够进一步优化材料的发光性能，使其在不同应用场景中表现出更优异的特性。

在结论部分，研究者总结了实验的主要发现。通过高温固态反应法成功合成了CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料，并掺杂了不同浓度的Li?和Mg2?离子。XRD图谱确认了这些材料的四角晶系结构，并且表明掺杂Li?和Mg2?离子对晶格结构产生了微小的影响。XPS分析结果显示，所有前驱体元素均存在于样品中，并且处于预期的氧化态。这表明Li?和Mg2?离子成功地掺杂进了CaWO?晶格中，并且对材料的化学组成和结构产生了显著影响。

此外，研究者还指出，这些材料在不同温度下的发光行为表现出良好的温度依赖性，这表明它们在光学温度测量方面具有应用潜力。优化后的磷光样品在潜指纹检测和安全墨水应用中也展现出良好的效果。这些发现不仅为设计和制造新型发光材料提供了理论依据，还为光学温度传感和安全相关技术的发展提供了重要的研究方向。

在未引用的参考文献部分，研究者列出了几篇未被引用的文献，这些文献可能与研究的某些方面有关，但未在正文中提及。在作者贡献声明部分，研究者详细描述了每位作者在研究中的具体贡献。例如，Abhishek Kumar负责数据整理，Veeraswami Yaragani负责可视化，José Luis Díaz Palencia负责项目管理与方法设计，Kumar Kaushal提供研究资源，Qaid Saif M. H.负责资金获取，G Bhanu Radhika提供研究资源，Kilari Murali Krishna负责撰写原始稿件、项目管理、方法设计、研究实施和数据分析。这些贡献声明表明，研究是一个团队合作的成果，每位作者都发挥了重要作用。

在利益冲突声明部分，研究者声明了可能存在的利益冲突。例如，Dr. Murali Krishna Kilari报告了来自印度的研究资金支持，并且在B V Raju Institute of Technology担任职务。其他作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系，这些关系可能影响本研究的成果。这一声明表明研究者对研究的公正性和客观性保持高度关注，并且确保研究结果不受外部因素的影响。

在致谢部分，研究者感谢了为本研究提供支持和帮助的机构和个人。例如，Dr. K. Murali Krishna（K.M.Krishna）感谢印度理工学院（印度矿业学院）和Prof K. Kumar提供的研究设施，同时感谢Dr. Neeraj Mishra和Dr. Kumar Swetabh在各项测量中的帮助。此外，Prof José Luis Díaz Palencia对本研究的指导表示感谢。这些致谢表明研究的顺利进行离不开多方的支持和协作，同时也体现了研究者对合作者的尊重和感谢。

综上所述，这项研究通过系统的材料合成和表征方法，深入探讨了Li?和Mg2?离子对CaWO?:Er3?/Yb3?磷光材料的综合影响。研究结果表明，这些离子能够显著增强材料的发光强度，并改善其温度依赖性发光行为，从而为光学温度测量和防伪应用提供了新的可能性。此外，优化后的磷光材料在潜指纹检测和安全墨水应用中表现出良好的效果，这表明它们在多个领域具有广阔的应用前景。通过本研究，研究人员不仅为设计和制造新型发光材料提供了理论依据，还为相关技术的发展贡献了重要的研究成果。