可调色的Pr3+激活双发射钽酸盐材料，用于暖光LED

《Journal of Luminescence》：Color-Tunable Pr3+-Activated Dual-Emission Tantalate Materials for Warm Lighting LEDs

双发射磷光材料Li2SrTa2O7:Pr3+/Gd3+的合成与发光调控研究。通过高温固相法制备并表征其晶体结构，发现该材料在紫外激发下呈现495nm和620nm双峰发光，色温随温度升高从黄绿变红，热猝灭效应低。与310nm紫外LED芯片结合制备的LED器件色温达3591K，CRI为80以上。研究揭示了Pr3+的3P0→3H4跃迁主导可见光发射，而3P0→1D2跃迁通过氧锂空位调控产生长余辉橙光。提出双激活离子协同调色新策略。

　　近年来，随着人们对高效、多彩显示和照明技术需求的增加，白色发光二极管（WLEDs）在日常生活和工业生产中的应用日益广泛。然而，现有的WLEDs在性能提升方面受到了限制，主要是由于其颜色还原指数（CRI）较低。为了改善这一状况，研究者们开始关注多色磷光体的开发，特别是通过与紫外或蓝光LED芯片结合，以实现更优的照明效果。本研究聚焦于一种新型的Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体材料，通过对其晶体结构和发光性能的系统研究，探索其在白光照明中的应用潜力。

Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体在紫外光激发下展现出两个主要的发光峰，分别位于495 nm和620 nm处，呈现出明亮的黄绿色至红色的光谱变化。其中，495 nm的发光峰对应于Pr3?离子的3P? → 3H?跃迁，而620 nm的发光峰则源于Pr3?离子的1D? → 3H?跃迁。这种双重发光特性使得该材料在可见光范围内具有良好的调色能力。同时，其长余辉发光（LPL）特性也表现出显著的橙色发射，峰值位于620 nm，这表明在紫外光激发下，该磷光体能够实现高效的非辐射弛豫过程，从而在不同条件下展现出不同的发光颜色。

在温度变化的影响下，Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体的发光颜色能够从黄绿色逐渐转变为红色，但其对热淬灭的抵抗能力依然出色。这种温度依赖性的发光变化可能是由于Pr3?离子在晶体结构中的能量转移过程受到温度的影响，从而导致其发光效率和颜色的改变。为了进一步理解这一现象，研究者们通过热释光（TL）、时间分辨发射光谱（TRES）以及晶体缺陷结构的表征，揭示了非辐射跃迁概率在调色过程中起到关键作用。

此外，通过将Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体与商用紫外光LED芯片（310 nm）结合，研究团队成功构建了一款具有高相关色温（CCT = 3591 K）和良好颜色还原指数（CRI）的橙色LED灯。这一成果表明，该磷光体在实现高质量固态暖光照明方面具有广阔的应用前景。该材料不仅能够有效匹配紫外光LED芯片，还能通过其独特的发光特性，为白光照明提供更丰富的色彩选择。

在材料的合成方面，研究者们采用了高温固相反应法，通过精确控制Pr3?和Gd3?的掺杂比例，获得了不同性能的Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体。实验过程中，原料Li?CO?、SrCO?、Ta?O?、Pr?O??和Gd?O?被充分研磨，并在乙醇中混合均匀。随后，这些原料粉末被转移至氧化铝坩埚中，在1100 °C下加热4小时，以促进晶体结构的形成。通过X射线衍射（XRD）分析，确认了所合成的磷光体具有与标准卡片（ICSD 154175）一致的晶体结构，且未出现明显的杂质相，表明Pr3?和Gd3?离子被有效地掺杂到基质中。

在结构和形貌分析方面，研究团队对不同掺杂比例的Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体进行了详细表征。XRD结果表明，该材料具有四角晶系结构，属于I4/mmm（139）空间群。这种晶体结构为Pr3?和Gd3?离子的发光提供了良好的环境，使得其能够高效地吸收紫外光并发射出可见光。同时，磷光体的形貌分析也表明其具有均匀的颗粒分布，这有助于提高其在实际应用中的稳定性和发光效率。

为了进一步验证Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体的发光性能，研究团队还进行了漫反射光谱（DRS）和光致发光（PL）测试。漫反射光谱分析显示，该材料在紫外光激发下具有较强的吸收能力，表明其能够有效地将能量传递给发光中心。而光致发光测试则揭示了其在可见光范围内的发光特性，其中495 nm的发光峰对应于Pr3?离子的3P? → 3H?跃迁，而620 nm的发光峰则源于Pr3?离子的1D? → 3H?跃迁。这种双重发光特性使得该材料能够实现更宽的光谱覆盖，从而在白光照明中提供更丰富的色彩表现。

长余辉发光（LPL）测试进一步证明了Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体在紫外光激发下的持久发光能力。研究团队发现，该材料在紫外光激发后能够持续发出橙色光，峰值位于620 nm，这表明其在长余辉发光方面具有显著的优势。这种特性使得该磷光体在低功耗照明场景中具有潜在的应用价值，例如在夜间照明或应急照明中，能够提供更持久的光输出。

在温度依赖性研究方面，研究团队对Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体在不同温度下的发光特性进行了系统分析。结果表明，随着温度的升高（300-490 K），该材料的发光颜色能够从黄绿色逐渐转变为红色，但其发光效率并未显著下降，表现出良好的抗热淬灭能力。这种温度依赖性的发光变化可能是由于Pr3?离子在晶体结构中的能量转移过程受到温度的影响，从而导致其发光效率和颜色的改变。通过热释光（TL）和时间分辨发射光谱（TRES）分析，研究团队进一步揭示了非辐射跃迁概率在调色过程中的关键作用。

为了验证Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体在实际应用中的性能，研究团队将其与商用紫外光LED芯片（310 nm）结合，构建了一款橙色LED灯。实验结果表明，该LED灯具有较高的相关色温（CCT = 3591 K）和良好的颜色还原指数（CRI），表明其在实现高质量固态暖光照明方面具有广阔的应用前景。此外，该材料的发光特性使其能够适应不同类型的LED芯片，从而为多色照明提供更灵活的选择。

综上所述，本研究成功合成了Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体材料，并通过系统的结构和性能分析，揭示了其在紫外光激发下的发光特性。该材料不仅能够实现高效的紫外光吸收和可见光发射，还表现出良好的温度依赖性和抗热淬灭能力。通过将该材料与商用紫外光LED芯片结合，研究团队成功构建了一款具有高相关色温和良好颜色还原指数的橙色LED灯，为实现高质量固态暖光照明提供了新的策略。此外，该材料的发光特性使其能够适应不同类型的LED芯片，从而为多色照明提供更灵活的选择。

在未来的研究中，研究团队将继续探索Li?SrTa?O?:Pr3?/Gd3?磷光体材料的潜在应用，包括其在不同照明场景下的表现以及与其他材料的组合效果。此外，还将进一步优化其发光性能，以提高其在实际应用中的效率和稳定性。通过这些研究，有望推动新型磷光体材料在照明领域的广泛应用，为实现更高效、更环保的照明技术提供坚实的理论基础和技术支持。