Li2O–MO（MO=Nb2O5、MoO3和WO3）–B2O3:Eu2O3玻璃的表面形貌、热学、物理、结构及光谱特性之间的相关性，这些玻璃适用于暖橙红色LED器件

《Materials Research Bulletin》：Correlation among surface topography, thermal, physical, structural and spectroscopic characteristics of Li 2O–MO (MO=Nb 2O 5, MoO 3, and WO 3)–B 2O 3: Eu 2O 3 glasses for warm orange-red LED applications

铕离子掺杂锂硼酸盐玻璃的光学与热性能研究。采用熔融淬火法制备Li?O-Nb?O?-B?O?、Li?O-MoO?-B?O?、Li?O-WO?-B?O?三个体系，XRD和SEM证实非晶态结构，DSC显示玻璃转变温度（Tg≈469-474℃）与结晶温度（Tc≈576-585℃），热稳定性（ΔT>100℃）优异。FTIR证实Eu3?与[MO]?/?和[BO]?/?键合，PL光谱显示625nm橙红色发射峰，色坐标（x≈0.505，y≈0.340）处于红-紫过渡区，适用于固态照明和光电器件。

　　随着科技的发展，特别是在固态照明（SSL）领域，对高效、耐用且环保的材料需求日益增长。这推动了对新型发光材料的深入研究，尤其是掺杂稀土离子的无机玻璃。近年来，研究人员开发并表征了大量不同组成和结构的稀土离子掺杂玻璃，它们在光学和发光特性方面表现出独特的性能，使其成为各种应用的理想选择，包括固态照明、激光系统、光学放大器等。在这些应用中，稀土离子的结构和光学特性，如发光效率、光谱形状和寿命，是关键因素。因此，深入理解玻璃基质的结构如何影响稀土离子的发光行为，对于提升这类材料的实际应用性能具有重要意义。

Eu3?离子因其在可见光区域的优异发光特性而受到特别关注，尤其是在红色和橙红色区域，其发光波长通常位于615-620纳米范围内。这种特性使其成为显示技术和照明应用中的重要组成部分。然而，Eu3?离子的发光行为不仅依赖于其自身的性质，还受到玻璃基质的结构和组成的影响。玻璃网络结构和局部化学环境的变化，能够显著改变Eu3?离子的发光效率和光谱特性。因此，通过调整玻璃的组成，可以优化Eu3?离子的发光性能，从而满足不同应用的需求。

在本研究中，我们选择了三种玻璃系统：Li?O–Nb?O?–B?O?、Li?O–MoO?–B?O?和Li?O–WO?–B?O?。这些系统均采用40Li?O–4MO–55B?O?:1Eu?O?的固定化学组成（其中MO代表Nb?O?、MoO?和WO?）。我们采用经典的熔融淬冷法（melt-quenching process）来制备玻璃样品，并通过实验手段对其结构、热学、物理和光谱特性进行了全面研究。通过这种方法，我们能够观察到玻璃基质的结构变化如何影响Eu3?离子的发光行为，从而为设计具有更高发光性能和可调光学特性的玻璃材料提供理论依据。

玻璃样品的结构分析表明，它们具有非晶态特征。XRD（X射线衍射）分析结果显示，样品中没有明显的衍射峰，仅在低角度区域（2θ≈27.45°）出现了非晶态的晕状峰，这进一步确认了玻璃的非晶结构。此外，SEM（扫描电子显微镜）图像也未显示出任何晶格结构，表明这些玻璃样品在微观尺度上具有高度的无序性。这种非晶结构对于光学应用至关重要，因为它能够提供均匀的发光环境，并减少因结构缺陷引起的光谱失真。

热学分析方面，DSC（差示扫描量热法）热图显示，玻璃样品在约469-474°C范围内出现了一个吸热峰，对应玻璃转变温度（Tg）。随后，样品在约576-585°C范围内出现了一个放热峰，对应结晶温度（Tc）。玻璃转变温度与结晶温度之间的差值（Tc?Tg）大于100°C，表明这些玻璃具有较高的热稳定性。这种热稳定性对于光纤拉制等工艺至关重要，因为它能够确保在高温环境下玻璃的结构不会发生显著变化，从而保持其光学性能的稳定性。

此外，我们还发现玻璃的热稳定性与玻璃转变温度（Tg）以及氧配位密度（OPD）之间存在一定的关系。在三种玻璃系统中，Tg和OPD的值按照Nb?O? > MoO? > WO?的顺序逐渐降低。这表明，随着MO的种类从Nb?O?向WO?变化，玻璃的热稳定性逐渐减弱。这种变化可能是由于不同金属氧化物在玻璃网络中的作用不同，从而影响了玻璃的结构和热学性能。

在光谱特性方面，我们通过FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析观察到了玻璃中金属-氧（M–O）振动和硼-氧（B–O）振动的显著吸收峰。这些振动峰的强度和位置能够反映玻璃网络中不同化学键的分布情况，从而影响Eu3?离子的发光行为。同时，我们还观察到了Eu–O–M键的振动模式，其特征峰位于低波数区域（≈450-630 cm?1）。这些振动模式的存在表明，Eu3?离子与金属氧化物之间存在一定的相互作用，这种相互作用可能对Eu3?离子的发光效率和光谱特性产生影响。

通过光学吸收光谱，我们还确定了玻璃的光学带隙（Eo）和乌巴赫能量（Eu）。这些参数能够反映玻璃材料的光学透明性和能带结构，从而影响Eu3?离子的吸收和发射行为。在三种玻璃系统中，Eu3?离子的发光效率和光谱特性表现出一定的差异，这可能与玻璃网络中不同金属氧化物的分布和相互作用有关。

在发光特性方面，Eu3?离子在玻璃基质中表现出优异的橙红色发射，其发射波长位于约625纳米附近，对应的电子跃迁为?D?→?F?。这种发射特性对于光子应用具有重要意义，尤其是在固态光源和显示技术中。通过改变玻璃的组成，我们可以调节Eu3?离子的发光波长和强度，从而满足不同应用场景的需求。

此外，我们还通过CIE色度图（Commission Internationale de l'éclairage chromacity diagram）分析了Eu3?离子在玻璃基质中的发光颜色。结果表明，Eu3?离子的发光颜色位于橙红色至紫红色区域，其色坐标为x≈0.505，y≈0.340。这种颜色特性使得这些玻璃材料在显示和照明应用中具有较高的色纯度和亮度。

综上所述，本研究通过系统分析三种不同金属氧化物掺杂的锂硼玻璃系统的结构、热学、物理和光谱特性，揭示了玻璃组成对Eu3?离子发光行为的影响。研究结果表明，这些玻璃材料具有较高的热稳定性和光学性能，适合用于光纤拉制和光子应用。同时，通过调整玻璃的组成，可以优化Eu3?离子的发光效率和光谱特性，从而提升其在实际应用中的性能。这些发现为设计具有更高发光性能和可调光学特性的玻璃材料提供了理论支持，有助于推动其在固态照明、先进光电子器件和光子技术中的应用。