Ca3NbGa3Si2O14:Ln3+(Ln=Sm,Tb)荧光粉的合成与光谱分析及其在光学器件中的应用潜力

研究人员通过固相反应法成功合成Ca3NbGa3Si2O14:Sm3+/Tb3+荧光粉，证实其六方晶系结构及Tb3+→Sm3+的偶极-偶极能量转移机制，获得601nm橙红（Sm3+）和544nm绿光（Tb3+）发射，CIE坐标（0.63,0.37）与（0.27,0.72）显示其在白光LED和激光材料中的应用价值。

　　

在能源危机与环境问题日益严峻的背景下，固态照明技术因高效节能特性成为研究热点。然而，传统白光LED存在红光成分不足导致的显色性差问题，亟需开发新型荧光材料。硅酸盐基质因其化学稳定性备受青睐，而稀土离子Sm³⁺和Tb³⁺凭借独特的f-f跃迁特性，可分别产生橙红与绿光发射，成为优化光谱的理想选择。

为解决上述问题，国内研究人员采用高温固相反应法（SSR）在1280°C下合成了Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄（CNGS）基荧光粉，通过X射线衍射（XRD）确认其六方晶系结构（空间群P321）。研究团队系统分析了Sm³⁺单掺、Tb³⁺单掺及共掺体系的发光特性，发现Sm³⁺在601nm处呈现源于⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁的橙红发射，而Tb³⁺在544nm处产生⁵D₄→⁷F₅跃迁的绿光。通过寿命衰减测试证实Tb³⁺→Sm³⁺的能量转移为四极-四极相互作用，共掺样品（2.0 mol.% Tb³⁺+y Sm³⁺）获得黄光发射（CIE 0.37,0.40）。该成果发表于《Journal of Luminescence》，为多色荧光粉设计提供了新思路。

关键技术包括：1）固相反应法合成CNGS基质；2）XRD表征晶体结构；3）光致发光光谱分析；4）能量转移机制研究；5）CIE色坐标计算。

Chemical Synthesis
通过精确控制原料配比与烧结工艺，获得单相CNGS荧光粉，退火处理有效消除晶格缺陷。

Conclusion
研究证实Sm³⁺（3.0 mol.%）与Tb³⁺（2.0 mol.%）为最佳掺杂浓度，Ω₄参数表明Sm³⁺处于近中心对称场环境，磁偶极跃迁占主导。

CRediT authorship contribution statement
Nilesh S. Ugemuge等作者分别负责实验设计、数据分析和论文撰写。

该研究的重要意义在于：1）首次报道CNGS:Sm³⁺/Tb³⁺荧光粉的固态合成与光学特性；2）通过能量转移实现多色可调发射；3）601nm处50%分支比的激光跃迁特性使其成为潜在激光材料；4）为白光LED的显色性优化提供新材料选择。研究结果对推动固态照明与显示技术的发展具有重要参考价值。