Sm3+掺杂Mg2GeO4纳米荧光粉的橙红色发光特性及其在固态照明中的应用研究

《Journal of Fluorescence》：Spectral Studies of Sm3+-doped Mg2GeO4 Nanophosphors: Realization of Orange-Red Emission for Solid-State Lighting Applications

本研究针对固态照明对高效红光发射材料的需求，由研究人员开发了Sm3+掺杂Mg2GeO4纳米荧光粉。通过溶液燃烧法成功合成该材料，其最佳样品在409 nm激发下产生665 nm强红光发射（4G5/2→6H9/2），量子效率达59.27%，CIE坐标位于橙红区，证实其作为白光LED用红色组件的应用潜力。

　　

在这项光谱研究中，科学家们采用快速溶液燃烧法合成了钐离子(Sm³⁺)掺杂的锗酸镁(Mg₂GeO₄)纳米荧光粉。通过里特维尔德精修分析确认了掺杂样品具有正交晶系结构。扫描电子显微镜(SEM)图像显示这些纳米颗粒主要呈现球形形貌且尺寸分布均匀。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析展示了清晰的晶格条纹，其晶面间距约为0.24纳米，被指标化为(121)晶面。

随着掺杂浓度的增加，研究人员观察到能带隙(E_g)从4.21电子伏特轻微减小至4.12电子伏特。在409纳米激发波长下进行的光致发光(PL)研究显示出强烈的红色发射，中心波长位于665纳米处，这对应于Sm³⁺离子在基质晶格中的⁴G_5/2能级向⁶H_9/2能级的跃迁。当掺杂浓度为3摩尔百分比时，样品表现出最佳的发光强度。超过此浓度则出现浓度淬灭现象，导致发光强度下降。根据德克斯特理论分析，确定导致淬灭的相互作用类型为电偶极-偶极相互作用。

时间分辨光致发光测量揭示了荧光衰减呈三指数行为，平均寿命(τ_avg)约为0.72毫秒。此外，优化后荧光粉的量子效率(QE)达到约59.27%。国际照明委员会(CIE)色度图确认其发射光位于橙红色区域，非常适合白光发光二极管(LED)的应用需求。这些研究结果验证了所制备荧光粉作为固态照明中红色发光组件的适用性。