Li+/Na+/K+共掺杂调控Tb3+激活YBa3(BO3)3荧光粉的发光性能与Judd–Ofelt理论分析

本研究针对稀土掺杂荧光粉在固态照明中发光效率不足的问题，通过微波辅助溶胶-凝胶燃烧法（MA-SG）合成Li+/Na+/K+共掺杂的Tb3+-YBa3(BO3)3荧光粉。结合XRD-Rietveld精修、拉曼光谱和Judd–Ofelt（J–O）理论分析，发现Li+共掺杂使绿色发射强度提升2.7倍，并首次报道了负热猝灭效应（NTQ）。该研究为高性能绿色荧光材料设计提供了新策略。

　　

在追求高效节能固态照明技术的浪潮中，稀土掺杂荧光粉因其优异的色纯度和稳定性成为研究热点。然而，传统绿色荧光材料普遍面临热稳定性差、发光效率不足的瓶颈。更棘手的是，稀土离子在基质中的局域晶体场环境调控机制尚不明确，这严重制约了高性能荧光材料的理性设计。

针对这一挑战，由沙特阿拉伯Princess Nourah bint Abdulrahman University和土耳其科学团队合作，创新性地采用微波辅助溶胶-凝胶燃烧法（MA-SG），制备了系列Li⁺、Na⁺、K⁺共掺杂的Tb³⁺-YBa₃(BO₃)₃（YBBO）荧光粉。研究人员通过多尺度表征与理论计算相结合的策略，系统揭示了碱金属离子对发光性能的调控规律，相关成果发表在《Journal of Luminescence》。

研究团队主要运用了四项关键技术：X射线衍射（XRD）结合Rietveld精修分析晶体结构；拉曼和傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测振动模式；扫描电镜-能谱联用（SEM-EDS）表征形貌与元素分布；基于发射光谱的Judd–Ofelt（J–O）理论计算辐射跃迁参数。

Materials and Synthesis
采用微波辅助溶胶-凝胶燃烧法，以尿素-甘氨酸为混合燃料，实现了稀土离子在YBBO基质中的原子级分散。通过精确控制Tb³⁺掺杂浓度（0.5-7 wt%）和碱金属比例，获得粒径均匀的纳米级荧光粉。

X-ray Diffraction and Rietveld Refinement
Rietveld精修证实所有样品均保持六方晶系（R32空间群），Li⁺掺杂引起晶格轻微畸变。这种可控的结构调制为后续发光增强奠定了基础。

Photoluminescence Performance
在377 nm近紫外光激发下，Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁（544 nm）产生强烈绿光。Li⁺共掺杂样品发射强度提升2.7倍，寿命延长至1.82 ms，表明碱金属有效抑制了非辐射跃迁。

Judd–Ofelt Analysis
创新性地采用发射光谱法计算J-O参数，获得Ω₂=3.21×10^-20 cm²，证实Tb³⁺处于高对称性格位。理论计算的内量子效率（IQE）达48.4%，为同类材料中较高值。

Thermal Stability
在550 K高温下仍保持初始发光强度的108%，这种负热猝灭（NTQ）效应源于碱金属共掺杂形成的缺陷能级对热激活能量的捕获。

该研究通过多离子协同掺杂策略，实现了YBBO:Tb³⁺荧光粉发光性能的突破性提升。Li⁺共掺杂诱导的局域晶体场调控机制，以及发射光谱法J-O参数计算的新思路，为稀土发光材料设计提供了重要理论指导。特别是NTQ效应的发现，解决了传统荧光粉高温性能衰减的行业难题，对发展高稳定性固态照明器件具有重大应用价值。研究团队建立的"结构调控-光谱分析-理论计算"一体化研究范式，也可推广至其他稀土发光体系的研究中。