Dy3+掺杂锗酸盐氧化物与氧氟化物玻璃的白光发射器件应用研究

本研究针对白光发射器件对高效发光材料的迫切需求，通过系统探究Dy3+掺杂锗酸盐氧化物(DGO)与氧氟化物(DGF)玻璃的光学特性，揭示了Gd3+→Dy3+能量转移机制，获得最高25.2%的PLQY（光致发光量子产率）和25%的能量转移效率，为新型照明器件开发提供重要材料基础。

　　

在照明技术飞速发展的今天，开发高效稳定的白光发射材料成为研究热点。传统荧光粉存在热稳定性差、色纯度不足等问题，而稀土掺杂玻璃因其可调谐发光特性展现出独特优势。其中，Dy³⁺离子因其特有的⁴F_9/2→⁶H_13/2（黄光）和⁴F^9/2→⁶H_15/2（蓝光）跃迁，成为实现白光发射的理想选择。然而，如何通过基质调控提升Dy³⁺的发光效率仍是亟待解决的科学问题。

由泰国Nakhon Pathom Rajabhat大学和清迈大学领衔的研究团队，通过系统研究Dy³⁺掺杂锗酸盐氧化物与氧氟化物玻璃的光学性能，成功开发出量子产率达25.2%的发光材料。研究采用标准熔融淬冷技术制备玻璃样品，通过吸收光谱、光致发光光谱、拉曼光谱等技术表征性能，结合Judd-Ofelt理论分析局域结构对称性，并首次报道了该类材料的X射线激发发光(RL)特性。

物理性质分析显示，Dy³⁺掺杂使玻璃密度增至3.923 g/cm³，摩尔体积降低表明结构致密化。吸收光谱中观察到Gd³⁺的⁸S_7/2→⁶I_9/2（274 nm）和Dy³⁺的⁶H_15/2→⁴K_15/2（323 nm）等多重跃迁。光致发光研究发现574 nm黄光发射强度与基质成分显著相关，DGO玻璃表现出最强的⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁。

激光性能评估显示，⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁的刺激发射截面达3.21×10^-22 cm²，满足β≥0.5的激光阈值条件。PLQY测试证实DGO样品在350 nm激发下量子产率最高（25.2%），较基础玻璃提升近4倍。能量转移分析揭示Gd³⁺→Dy³⁺通过⁶P_J→⁴I_J非辐射跃迁实现25%的能量传递效率。

放射发光研究首次报道了X射线激发下可见光区段的强闪烁发光，发射峰位与PL光谱一致。拉曼分析鉴定出GeO₆八面体（200-400 cm^-1）和Q³网络结构（700-900 cm^-1），证实氟的引入会改变网络连接度。色坐标分析显示所有样品CCT（相关色温）介于3220-3480 K，属于暖白光范畴。

该研究通过多尺度表征阐明：1）无氟DGO玻璃具有最优发光性能；2）Gd³⁺作为敏化剂可显著提升Dy³⁺发光效率；3）材料在X射线激发下仍保持稳定发光。这些发现为开发新型白光LED和辐射探测器件提供了重要理论依据和材料体系，相关成果发表在《Radiation Physics and Chemistry》期刊。研究团队特别指出，未来可通过调控Q³/Q²结构单元比例进一步优化发光性能，这为后续研究指明了方向。