Pr3+掺杂铅锌硼酸盐玻璃的发光特性与结构优化及其在红色LED中的应用研究

本研究针对稀土掺杂玻璃材料在光电器件应用中存在的荧光效率与稳定性问题，通过熔融淬火法制备了35PbO-60-xB2O3-5ZnO-xPr2O3（x=0.5-3mol%）系列玻璃。采用Judd-Ofelt理论计算了Pr3+的振子强度与Ω2,4,6参数，发现1mol% Pr2O3掺杂样品在600nm处呈现最强红光发射（1D2→3H4），衰减时间达微秒级，证实了该材料在红色LED中的潜在应用价值。

　　

在光电子器件领域，稀土离子掺杂的玻璃材料因其独特的发光性能备受关注。然而，传统硼酸盐玻璃存在高声子能量导致的荧光猝灭问题，而铅锌硼酸盐体系通过重金属氧化物改性可显著改善这一缺陷。近期发表在《Journal of Luminescence》的研究中，中国研究人员系统探究了Pr³⁺掺杂对铅锌硼酸盐玻璃结构与发光性能的影响。

研究团队采用熔融淬火技术制备了不同Pr₂O₃浓度（0.5-3mol%）的35PbO-60-xB₂O₃-5ZnO-xPr₂O₃玻璃体系。通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱确认非晶态结构，结合紫外-可见-近红外光谱分析光学特性，运用Judd-Ofelt理论计算了Pr³⁺的振子强度与Ω参数，并测试了光致发光谱和衰减动力学。

Glass synthesis
采用高纯度PbO、ZnO、B₂O₃和Pr₂O₃原料，通过1500℃熔融后快速淬火获得透明玻璃样品，标记为PBZ-Pr0.5至PBZ-Pr3。

Physical properties
密度测试显示随Pr₂O₃含量增加，玻璃密度从3.68增至3.82 g/cm³，摩尔体积变化反映Pr³⁺对网络结构的修饰作用。

Conclusion
研究发现1mol% Pr₂O₃掺杂样品在444nm激发下，600nm处（¹D₂→³H₄跃迁）发光强度最大，衰减时间达微秒量级。Judd-Ofelt参数显示Ω₂>Ω₄>Ω₆，表明玻璃基质具有较高不对称性。浓度超过1mol%时，Pr³⁺离子间发生共振能量转移导致荧光猝灭。

该研究不仅阐明了Pr³⁺在铅锌硼酸盐玻璃中的发光机制，更通过组分优化获得了适用于红色LED的高效发光材料。特别是PbO和ZnO的协同作用有效降低了声子能量，BO₃/BO₄结构单元的可调控性为设计新型光学玻璃提供了重要参考。研究成果对开发低成本、高稳定性的稀土掺杂光电材料具有重要指导意义。