新型Ba2Cd(BO3)2:RE3+(RE=Dy,Tb)荧光粉的发光特性及其在白光LED中的应用研究

为解决白光LED(WLED)中传统荧光粉色域窄、合成温度高的问题，研究人员通过固相法合成了Dy3+/Tb3+掺杂的Ba2Cd(BO3)2荧光粉。研究发现，5 mol% Dy3+掺杂样品在575 nm处呈现高强度黄光发射，6 mol% Tb3+掺杂则产生544 nm绿光发射，CIE色坐标分别定位为(x=0.3717,y=0.4064)和(x=0.2902,y=0.5344)。该材料在885℃低温合成，为节能型荧光粉开发提供了新思路。

　　

在照明技术革命中，白光LED(WLED)因其高效节能特性逐步取代传统光源，但核心材料YAG:Ce³⁺黄色荧光粉存在合成温度高(1600-1800℃)、红光成分不足导致的显色指数低等问题。同时，三基色荧光粉的配比调控对实现理想白光至关重要。硼酸盐基质因其化学稳定性优异、合成温度低等优势成为研究热点，但关于Ba₂Cd(BO₃)₂基质中稀土离子发光特性的系统性研究尚未见报道。

针对这一空白，阿达纳阿尔帕斯兰图尔克斯科学技术大学材料科学与工程学院S.B.Toreli团队首次采用固相反应法合成了Dy³⁺/Tb³⁺掺杂的Ba₂Cd(BO₃)₂荧光粉。研究通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析[BO₃]^3-基团振动模式，场发射扫描电镜(FE-SEM)观察形貌，并结合光致发光光谱(PL)系统评估发光性能。

XRD研究
所有样品衍射峰与标准卡片PDF#01-080-3801匹配，仅3-6 mol% Tb³⁺掺杂样品出现微量BaO杂质峰。Scherrer公式计算显示晶粒尺寸为30.6-42.1 nm，证实稀土离子成功掺入晶格。

FT-IR研究
1205 cm^-1和1438 cm^-1处的特征峰归属[BO₃]^3-不对称伸缩振动，589 cm^-1为O-B-O面内弯曲振动。掺杂后吸收峰仅偏移3-4 cm^-1，表明基质结构保持稳定。

PL性能
Dy³⁺掺杂样品在350 nm激发下呈现481 nm（⁴F_9/2→⁶H_15/2磁偶极跃迁）和575 nm（⁴F_9/2→⁶H_13/2电偶极跃迁）发射，后者强度更高说明Dy³⁺占据低对称位点。5 mol%浓度时达到最大强度，6 mol%出现浓度猝灭。Tb³⁺掺杂样品在225 nm激发下产生544 nm主发射（⁵D₄→⁷F₅），6 mol%时新增415/436 nm蓝光发射（⁵D₃→⁷F_5,4）。

CIE分析
最优样品色坐标显示，Dy³⁺掺杂位于黄光区(0.3717,0.4064)，Tb³⁺掺杂位于绿光区(0.2902,0.5344)，色纯度分别达41.22%和53.33%。

该研究成功开发出可在885℃低温合成的黄/绿双色荧光粉体系，通过调控Dy³⁺/Tb³⁺掺杂比例实现发光颜色精确调控。材料在近紫外/蓝光激发下的优异性能，为构建高显色指数WLED提供了新选择。特别是Dy³⁺掺杂样品可替代传统YAG:Ce³⁺，大幅降低生产成本。研究成果发表于《Journal of Fluorescence》，为稀土荧光粉的基质设计与应用拓展提供了重要参考。