Gd3+共掺杂增强La2CaTiO6:Dy3+荧光粉白光发射性能及其LED应用研究

为解决Dy3+激活荧光粉红光发射弱、热稳定性不足的问题，研究人员通过Gd3+共掺杂策略优化La2CaTiO6:Dy3+荧光粉性能。结果表明，8 mol% Gd3+掺杂使光致发光强度提升50%，量子效率（QE）从6.89%增至14.93%，并在425 K下保持88.8%室温发射强度。该研究为下一代白光LED（WLED）提供了高性能单相荧光粉解决方案。

　　

在固态照明领域，白光LED（WLED）因其高效节能特性已成为主流技术，但现有Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺（YAG:Ce）体系存在红光缺失、显色指数低等问题。尽管三基色荧光粉方案被提出，其复杂的配比和光衰差异仍制约实际应用。为此，单相白光荧光粉成为研究热点，其中Dy³⁺离子因其蓝黄双发射特性备受关注，但其红光发射弱和热稳定性差的缺陷亟待突破。

国立成功大学的研究团队创新性地采用双钙钛矿材料La₂CaTiO₆（LCTO）作为基质，通过Gd³⁺共掺杂策略显著提升Dy³⁺激活荧光粉性能。研究通过固相反应法合成系列样品，结合密度泛函理论（DFT）计算和光谱分析，系统探究了掺杂对材料结构与性能的影响。相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

关键技术包括：1）高温固相反应合成LCTO:xDy³⁺/yGd³⁺荧光粉；2）X射线衍射（XRD）与扫描电镜（SEM）表征晶体结构；3）光致发光光谱（PL）和寿命测试分析光学性能；4）基于PBE泛函的DFT计算能带结构。

相结构、结晶性与形貌特征
XRD证实所有样品均保持双钙钛矿结构，Dy³⁺/Gd³⁺成功取代La³⁺位点，仅出现微量La₂Ti₂O₇杂相。SEM显示颗粒尺寸均匀，表明固相反应法具有良好的成分可控性。

电子结构与发光机理
DFT计算揭示Dy³⁺掺杂使带隙（BG）窄化，产生缺陷能级促进载流子跃迁。Gd³⁺的引入进一步扭曲[TiO₆]八面体，增强晶体场不对称性，从而改善Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_13/2（黄光）和⁴F_9/2→⁶H_11/2（红光）跃迁。

光学性能优化
最佳掺杂比例（x=0.04，y=0.08）下，PL强度提升50%，量子效率翻倍至14.93%。变温PL测试显示425 K时仍保持88.8%的室温强度，远优于传统Dy³⁺荧光粉。LED器件测试证实其可产生色纯度（CP）提升、相关色温（CCT）降低的暖白光。

该研究通过Gd³⁺共掺杂实现了LCTO:Dy³⁺荧光粉性能的全面提升，其创新性体现在：1）利用双钙钛矿基质本征红光发射补偿Dy³⁺缺陷；2）通过阳离子取代调控局域晶体场环境；3）结合实验与理论计算阐明能带调控机制。研究成果为开发高显色、高稳定性的单相白光荧光粉提供了新思路，对推动下一代固态照明技术发展具有重要意义。