基于Tb3+ /Eu3+ 能量传递的CaLaGaO4 单相荧光粉多色可调发光机制研究

研究人员针对pc-WLED（荧光粉转换白光二极管）中红光成分不足导致的低显色指数（CRI）问题，通过固相反应法合成Tb3+ /Eu3+ 共掺杂CaLaGaO4 荧光粉，实现绿-黄-红多色可调发光。该材料通过偶极-偶极相互作用实现70.33%能量转移效率，92.6%色纯度，为高显色照明显示技术提供新方案。

　　

在照明技术领域，荧光粉转换白光二极管（pc-WLED）因其高效节能特性逐步取代传统光源，但现有技术存在"红光缺陷"——YAG:Ce³⁺
黄色荧光粉与蓝光芯片组合缺乏红光成分，导致显色指数（CRI）偏低。这一"短板效应"严重制约了高品质照明发展，犹如交响乐中缺失了低音声部。更棘手的是，Eu³⁺
虽能发射理想红光，但其4f-4f跃迁的自旋禁阻特性使其对近紫外光（NUV）吸收效率不足，好比性能优越的发动机却缺乏高效的燃油喷射系统。

为解决这一系列问题，来自印度Sri Venkateswara大学等机构的研究人员Ankoji Parvathala团队创新性地选择具有橄榄石结构的CaLaGaO₄
（CLGO）作为基质，通过Tb³⁺
→Eu³⁺
能量传递（Energy Transfer, ET）机制，开发出多色可调的单相荧光粉。这项发表于《Inorganic Chemistry Communications》的研究，犹如为照明领域打开了一扇"彩虹之窗"——通过调控Eu³⁺
浓度（0.5%时效率达70.33%），材料发光颜色可像变色龙般从绿色渐变至红色，完美覆盖可见光谱。

关键技术方法包括：1）高温固相反应法（1200℃烧结5小时）合成系列Tb/Eu共掺杂样品；2）X射线衍射（XRD）确认四方晶系结构；3）扫描电镜（SEM）分析形貌特征；4）荧光光谱和寿命衰减曲线解析能量转移机制。

【Sample synthesis】
采用化学计量比混合CaCO₃
、La₂
O₃
等前驱体，经研磨煅烧获得纯相样品。该方法犹如"分子积木"的精准组装，确保稀土离子均匀分布于GaO₄
四面体和LaO₆
/CaO₆
八面体构成的刚性骨架中。

【Phase and structure analysis】
XRD显示所有样品均符合JCPDS 01-077-1140标准卡片，Tb/Eu掺杂未引起相变。这种结构稳定性源于橄榄石框架的"分子牢笼"效应，其1727℃的高熔点更为实际应用提供热保障。

【结论与意义】
研究证实CLGO:Tb³⁺
,Eu³⁺
中存在偶极-偶极主导的能量转移，当Eu³⁺
浓度为0.5%时，兼具高转移效率（70.33%）与色纯度（92.6%）。这种"一材多色"特性突破了传统荧光粉组合的混色局限，其意义堪比色彩科学的"调色板革命"：① 解决pc-WLED红光缺失难题，CRI提升潜力显著；② 单相材料规避了多相体系的热膨胀失配问题；③ 为信息加密、温度传感等新兴领域提供新材料平台。正如作者指出，该工作不仅填补了CLGO基质Tb/Eu共掺杂研究的空白，更开辟了稀土离子能量传递调控的新范式。