Eu3+离子局域不对称性对微波/常规熔融法制备ZnO-Na2O-B2O3玻璃发光行为的影响及其红光发射材料应用研究

【编辑推荐】本研究针对传统熔融法制备稀土掺杂玻璃能耗高、均匀性差的问题，采用微波辅助（MW）与常规熔融淬火（EF）技术对比制备Eu3+掺杂B2O3-ZnO-Na2O玻璃。通过EXAFS、Judd-Ofelt（JO）参数分析证实MW法能增强Eu-O共价键不对称性，使5D0→7F2跃迁（614 nm）发光强度提升21%，闪烁效率达58%（EF法48%），CIE坐标（0.61,0.38）满足低色温（1660 K）红光器件需求，为节能型光电子材料开发提供新策略。

　　

在光电材料领域，稀土掺杂玻璃因其优异的光学性能成为新一代光子器件的核心材料。然而传统熔融法制备过程能耗高、周期长，且稀土离子局域环境调控困难，制约了材料性能的进一步提升。近期，泰国国家研究委员会联合Gemories Thailand公司的研究团队在《Radiation Physics and Chemistry》发表论文，创新性地采用微波辅助熔融技术，系统比较了Eu³⁺掺杂硼酸盐玻璃的结构与发光特性差异。

研究团队选取57B₂O₃-30ZnO-10Na₂O-3Eu₂O₃体系，通过X射线衍射（XRD）、扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）、光致发光（PL）和放射发光（RL）等技术，揭示了微波合成对材料性能的调控机制。关键发现包括：微波法制备的玻璃具有更高的Eu³⁺局域不对称性，表现为Debye-Waller因子（σ²）和Judd-Ofelt参数Ω₂的显著增加；电偶极跃迁与磁偶极跃迁强度比（ED/MD）达3.2667，证实更强的Eu-O共价键形成；在395 nm激发下，⁵D₀→⁷F₂跃迁（614 nm）发光强度较传统方法提高21%，对应CIE色坐标（0.61,0.38）达到高纯度红光标准；更令人瞩目的是其58%的闪烁效率（以BGO晶体为基准），显著优于常规方法的48%，在X射线成像领域展现出应用潜力。

主要技术方法
研究采用微波辅助（MW）和常规熔融淬火（EF）双路线制备玻璃样品，通过XRD确认非晶态结构，利用紫外-可见吸收光谱测定光学带隙，采用EXAFS解析Eu³⁺配位环境，基于Judd-Ofelt理论计算Ω₂、Ω₄参数，通过光致发光光谱和放射发光测试评估发光性能，并结合CIE色度图分析颜色特性。

研究结果

1. 玻璃制备与结构表征：XRD宽衍射峰（25-35°）证实两种方法均获得非晶态结构，微波法样品显示更均匀的元素分布。
2. 光学性能：MW_Eu玻璃在395 nm处⁷F₀→⁵L₆吸收更强，光学带隙较EF_Eu缩小0.15 eV，表明微波处理改变了电子能级结构。
3. 局域环境分析：EXAFS显示MW_Eu的σ²值提高23%，JO参数Ω₂增加19%，证实不对称配位环境增强。
4. 发光特性：MW_Eu的614 nm发射峰强度提升21%，荧光寿命延长15%，RL强度与BGO比达58%，优于EF_Eu的48%。
5. 应用性能：CIE坐标（0.61,0.38）接近NTSC红色标准，相关色温1660 K满足暖白光LED需求，X射线成像对比度提升32%。

结论与意义
该研究首次系统比较了微波与常规熔融法对Eu³⁺掺杂硼酸盐玻璃性能的影响，证实微波技术能通过调控Eu³⁺局域不对称性显著提升材料的光学性能。其创新性体现在：①将玻璃熔化时间从小时级缩短至分钟级，能耗降低40%；②获得更高Eu³⁺局域不对称度，使禁戒跃迁强度提升3.26倍；③开发的MW_Eu玻璃兼具高发光效率（58%）和优异色纯度，为X射线闪烁体、生物成像探针等医疗器件提供了新材料解决方案。研究由N. Kiwsakunkran、N. Singkiburin等学者完成，得到泰国国家研究委员会和ITMO大学等机构支持，为绿色合成高性能光电材料提供了范式转移。