基于Eu(III)配合物的激发光谱，将原热计量方法扩展应用于水溶液，并采用多元线性回归进行分析

《Journal of Luminescence》：Expanding the primary thermometry based on the excitation spectra to aqueous solutions with Eu(III) complexes and multiple linear regression

本研究采用室温逆沉淀法合成Mn掺杂NaBiF4，发现掺杂浓度增加使晶格参数略微减小，Mn以+2价态存在。荧光光谱显示发光峰从530nm移至560nm且无淬灭效应，X射线辐照测试表明其闪烁信号显著且稳定性良好，适用于辐射探测。

　　本研究聚焦于一种新型材料——Mn掺杂的NaBiF?，深入探讨了其结构、电子和发光特性。NaBiF?作为一种具有广泛应用前景的氟化物材料，因其低声子能量、大的反斯托克斯位移等优异特性，被广泛用于光学测温、闪烁体和内部照明设备等领域。然而，传统上，这类材料的发光性能通常依赖于稀土元素的掺杂，这不仅增加了材料的生产成本，还限制了其大规模应用的可能性。因此，寻找一种能够替代稀土元素的掺杂材料成为研究的重点。

本研究通过一种一步反沉淀法，在常温条件下成功合成了不同Mn掺杂浓度的NaBiF?样品。这种方法不仅避免了使用稀有金属作为激活离子，还显著降低了合成的复杂性。反沉淀法相较于传统方法，具有反应条件温和、合成时间短等优势，特别适合于需要高效、环保的材料制备过程。此外，反沉淀法在形成沉淀物时，对离子的组合顺序进行了优化，从而有助于提高材料的发光效率。这种方法的引入为研究Mn掺杂材料的性能提供了新的视角，并可能为未来材料设计提供更灵活的选择。

在结构分析方面，研究采用了X射线衍射（XRD）结合Rietveld精修技术，对样品的晶格参数进行了详细测量。结果表明，随着Mn掺杂浓度的增加，晶格参数略微减小，这表明Mn离子能够有效地进入NaBiF?的晶格结构中，而不会引起明显的晶格畸变。这一发现对于理解Mn在材料中的分布及其对发光性能的影响至关重要。同时，扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）的分析进一步确认了Mn离子在材料中的均匀分布和稳定的化学状态。XPS结果显示，Mn离子主要以+2价态存在，这为后续发光性能的研究奠定了基础。

在发光性能方面，研究通过光致发光（PL）激发和发射光谱以及辐射发光（RL）技术，对材料的发光特性进行了系统分析。结果表明，未掺杂的NaBiF?样品在可见光区域表现出固有的宽带发射，其发射峰中心位于530纳米左右，这一特性通常与Bi3?离子的发光有关。然而，随着Mn掺杂浓度的增加，发射峰向更长的波长方向移动，中心波长从530纳米逐渐转移到560纳米，并且发射强度也随之增强。这一现象表明，Mn2?离子的引入不仅改变了材料的发光特性，还可能通过能量转移机制增强了发光效率。此外，宽带发射的形成被认为是固有发射和Mn2?发射中心的叠加结果，这一发现为理解材料的复合发光机制提供了新的线索。

值得注意的是，研究还发现，在所研究的掺杂浓度范围内，PL产率与Mn掺杂含量之间没有出现淬灭效应。这一结果表明，Mn2?离子的掺杂并未对材料的发光效率产生负面影响，反而可能通过某种方式促进了发光过程的进行。这种特性对于材料在实际应用中的稳定性具有重要意义，尤其是在需要长时间稳定发光的场合，如X射线成像或辐射检测等领域。

在辐射发光性能方面，研究特别关注了掺杂5% Mn2?的NaBiF?样品的表现。实验结果表明，该样品在低剂量率（0.3 mGy/s）的X射线照射下就能产生明显的闪烁信号，这表明其具有良好的辐射响应能力。同时，该样品在多次辐射照射循环中表现出优异的稳定性，即使在高剂量的X射线照射下，材料的结构和发光性能也未受到明显损害。这一特性对于开发高性能的辐射探测器和闪烁体材料具有重要价值，因为它意味着材料可以在高辐射环境下长期使用而不发生性能退化。

此外，研究还通过色度坐标分析了所有掺杂样品的发光波长特性。结果表明，随着Mn掺杂浓度的增加，发光波长并未发生显著偏移，这表明材料的发光光谱在高掺杂浓度下仍保持稳定。这一发现进一步支持了Mn2?离子在NaBiF?中能够有效参与发光过程的观点，并且表明材料在掺杂后仍能保持其原有的发光特性，这为未来材料的优化和应用提供了理论依据。

在合成过程中，研究采用了反沉淀法，这种方法在材料科学中已被广泛应用于多种无机材料的制备。反沉淀法的基本原理是通过控制溶液中离子的组合顺序，使得目标化合物在特定条件下优先析出，从而形成具有优良性能的材料。与传统的直接沉淀法相比，反沉淀法能够更有效地控制材料的形貌和结构，提高其纯度和性能。本研究中，反沉淀法的使用不仅简化了合成步骤，还显著提高了材料的发光效率和稳定性。

从材料性能的角度来看，Mn2?离子的掺杂对NaBiF?的发光特性产生了显著影响。一方面，Mn2?的引入改变了材料的发光波长，使其从绿色向红色甚至近红外区域转移；另一方面，Mn2?的掺杂并未导致发光效率的下降，反而可能通过某种机制增强了发光性能。这种特性使得Mn掺杂的NaBiF?在多种发光应用中具有潜在优势，尤其是在需要宽波段发光或高发光效率的场景中。

在实际应用方面，Mn掺杂的NaBiF?材料展现出广阔的应用前景。其优异的辐射响应能力、良好的发光效率以及在高辐射环境下的稳定性，使其成为一种理想的闪烁体材料。闪烁体材料在医学成像、安全检测和核能领域具有重要应用价值，能够用于X射线成像、辐射剂量测量以及核反应堆的监测等。此外，材料的发光特性还可能在光电子器件、固态激光器和LED等领域找到新的应用途径。

从环保和经济性的角度来看，Mn掺杂的NaBiF?材料相较于传统的稀土掺杂材料具有明显的优势。Mn是一种常见的过渡金属，其价格远低于稀土元素，且在自然界中储量丰富，这使得其成为一种成本更低、更易获取的替代材料。同时，反沉淀法的使用避免了高温高压等苛刻条件，进一步降低了材料合成的能耗和环境影响，符合当前绿色化学和可持续发展的趋势。

研究还提到，Mn2?离子的掺杂对材料的化学环境和氧化态具有重要影响。这种影响不仅体现在发光特性上，还可能对材料的其他物理和化学性质产生作用。例如，Mn2?的引入可能改变材料的导电性、热稳定性或机械性能等，这些性质在实际应用中同样至关重要。因此，未来的研究可以进一步探索Mn掺杂对NaBiF?材料其他性能的影响，以期开发出具有更多功能的复合材料。

此外，研究还指出，Mn掺杂的NaBiF?材料在低剂量和高剂量的X射线照射下均表现出良好的线性响应特性。这种线性响应意味着材料在不同辐射强度下的发光信号与输入辐射剂量之间存在稳定的正比关系，这对于需要高精度和可重复性的辐射检测和成像应用尤为重要。因此，该材料在医疗诊断、工业检测和安全防护等领域具有重要的应用潜力。

总体而言，本研究通过系统地分析Mn掺杂对NaBiF?材料结构和发光性能的影响，揭示了该材料在辐射检测和发光应用中的独特优势。Mn掺杂不仅提升了材料的发光效率，还使其在高辐射环境下表现出良好的稳定性和耐久性。这些特性使得Mn掺杂的NaBiF?成为一种具有广泛应用前景的新型材料，尤其是在需要低成本、高效率和环保性能的领域。未来的研究可以进一步优化Mn的掺杂浓度，探索其与其他元素的协同作用，以及在不同应用场景下的性能表现，以期推动该材料在实际中的应用和推广。