Eu3+ 掺杂Ca2 GdMO6 (M=Nb,Ta)双钙钛矿荧光粉的结构调控与光学性能优化及其在红色激光材料中的应用

针对白光LED缺乏高效红色荧光粉的行业难题，研究人员系统研究了Eu3+ 掺杂Ca2 GdMO6 (M=Nb,Ta)双钙钛矿材料。通过Judd-Ofelt理论分析发现，40 mol% Eu3+ 掺杂的Nb基样品具有71.783×10-22 cm2 的受激发射截面和100%量子效率，其高色纯度（~95%）和低色温特性为暖白光LED和红色激光器件提供了优质材料。

　　

在追求节能环保的今天，白光LED（WLEDs）因其高效节能特性成为照明领域的主角。然而，商业化的"蓝光芯片+黄色YAG:Ce³⁺
"组合方案存在显色性差、色温偏高的缺陷，核心症结在于缺乏高效的红色荧光组分。尽管Eu³⁺
离子因其⁵
D₀
→⁷
F₂
跃迁能产生优异红光，但传统基质材料往往难以兼顾高量子效率与结构稳定性。双钙钛矿A₂
BB'O₆
材料因其可调控的晶体场环境和优异的化学稳定性，为解决这一难题提供了新思路。

中国的研究团队选择Ca₂
GdMO₆
(M=Nb,Ta)作为基质，通过高温固相法成功制备了Eu³⁺
掺杂浓度梯度（2.5-50 mol%）的系列样品。研究采用X射线衍射（XRD）确认晶体结构，场发射扫描电镜（FE-SEM）观察形貌，荧光光谱仪（FLS920）测试光致发光性能，并结合Judd-Ofelt（JO）理论定量分析局域对称性变化。

【XRD和SEM结果】
XRD证实所有样品均保持单斜相（P2₁
/n空间群），Eu³⁺
成功取代Gd³⁺
位点且固溶度高达50 mol%。SEM显示Nb基样品形成不规则微米颗粒，而Ta基样品则发育为更大的椭圆形颗粒，这种形貌差异源于Ta₂
O₅
更高的烧结温度（1400℃ vs Nb基的1300℃）。

【光学性能与JO分析】
光致发光测试表明：1）发射强度在40 mol% Eu³⁺
时达到峰值，50 mol%出现浓度猝灭；2）随着掺杂浓度增加，电偶极跃迁⁵
D₀
→⁷
F₂
（612 nm）与磁偶极跃迁⁵
D₀
→⁷
F₁
（592 nm）的强度比（不对称比）持续增大，反映局域对称性降低。JO参数定量显示：Ω₂
（敏感于共价性）和Ω₄
（反映配体密度）均随Eu³⁺
浓度增加而上升，Ca₂
Gd_0.6
NbO₆
:0.4Eu³⁺
表现出最优光学增益（3.242×10^-24
cm²
·s）和理论/实验量子效率的高度吻合（偏差<6%）。

【结论与展望】
该研究证实Ca₂
GdNbO₆
:Eu³⁺
在40 mol%掺杂时兼具100%量子效率、71.783×10^-22
cm²
大受激发射截面及95%色纯度，其性能显著优于Ta基 counterparts。这些发现不仅为WLEDs提供了理想的红色荧光材料，更通过JO理论建立了局域结构-光学性能的定量关系，为后续设计高性能激光荧光材料提供了理论依据。发表于《Journal of Luminescence》的这项成果，标志着稀土掺杂双钙钛矿材料在光电领域应用的重要突破。