Na5Y(WO4)4高效发光：稀土掺杂钨酸盐荧光粉（Sm/Dy/Tb）在白光LED中的光学性能调控

语 为解决单基质白光荧光粉的发光效率与色纯度调控难题，印度研究者通过固相法合成稀土离子（Sm3+、Dy3+、Tb3+）掺杂Na5Y(WO4)4新型荧光材料。研究揭示掺杂浓度（Sm:1 mol%、Dy:2 mol%、Tb:10 mol%）对晶体结构（c/a比）与发光性能的调控机制，获得高色纯度红橙(0.58,0.42)、黄(0.374,0.414)、绿(0.267,0.602)光发射，其CIE坐标媲美商用荧光粉，为开发高效w-LED提供了新方案。

　　

论文解读

在固态照明技术迅猛发展的今天，白光LED（w-LED）的核心瓶颈在于荧光粉的发光效率与光谱调控。传统钨酸盐材料虽具化学稳定性高、声子能量低（约900 cm^?1）等优势，但NaY(WO₄)₂等体系存在阳离子无序缺陷，导致发光性能受限。为突破此桎梏，RTM那格浦尔大学物理系（印度）团队首次系统研究Na₅Y(WO₄)₄（空间群I4₁/a）掺杂Sm³⁺、Dy³⁺、Tb³⁺的发光特性，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用固相反应法合成样品，通过X射线衍射（XRD）解析晶体结构，结合拉曼光谱（Raman spectroscopy）分析晶格振动，并利用光致发光光谱（PL/PLE）系统表征激发-发射行为。

结构表征

掺杂后晶胞体积收缩（如Tb³⁺使c/a比降至3.29），证实Ln³⁺（离子半径：Sm³⁺ 1.08 ?, Dy³⁺ 1.03 ?, Tb³⁺ 1.04 ?）成功取代Y³⁺（1.02 ?），引发晶格压缩应力。拉曼谱中[WO₄]^2-基团特征峰增强，证实W→O电荷转移（274 nm）主导激发过程。

发光性能

• Sm³⁺掺杂（1 mol%）：源自⁴G_5/2→⁶H_J（J=5/2,7/2,9/2）跃迁，主峰604 nm（红橙光），CIE (0.58,0.42)
• Dy³⁺掺杂（2 mol%）：蓝光493 nm（⁴F_9/2→⁶H_{15/sub>）与黄光584 nm（⁴F9/2→⁶H13/2）协同形成白光，CIE (0.374,0.414)}
• Tb³⁺掺杂（10 mol%）：⁵D₄→⁷F₅跃迁产生546 nm绿光，CIE (0.267,0.602)

浓度淬灭机制

Sm³⁺、Dy³⁺、Tb³⁺的临界浓度差异源于离子间距离：高浓度Tb³⁺（10 mol%）因⁵D₃→⁵D₄交叉弛豫抑制淬灭，而Sm³⁺（1 mol%）因能级匹配易发生共振能量转移。

结论与意义

该工作首次阐明Na₅Y(WO₄)₄中Ln³⁺掺杂的"晶体场调控-发光性能"构效关系：

1. 结构优势：区别于阳离子无序的NaY(WO₄)₂，Na₅Y(WO₄)₄的有序晶格提升发光均一性；
2. 性能突破：优化的色坐标（接近商用荧光粉）与高色纯度发射满足w-LED对红/绿光谱的需求；
3. 应用拓展：低声子能量特性（抑制非辐射跃迁）使该材料在光学温度传感、生物成像等领域具潜力。研究为设计新型单基质白光荧光粉提供了理论依据与材料平台。