铕掺杂KCaBi(PO4)2荧光粉的Judd-Ofelt计算与光致发光特性研究：面向固态照明器件的高稳定性暖白光材料

本研究通过固相反应法合成Eu3+掺杂KCaBi(PO4)2荧光粉，解决了传统荧光材料浓度猝灭与热稳定性不足的问题。研究证实该材料在21 mol%高掺杂浓度下仍保持77.2%发光强度（423 K），并测得3.99 eV宽带隙与2.172折射率，通过Judd-Ofelt理论计算Ω2/Ω4参数，为WLEDs提供兼具高色纯度（CIE 1216-1232K）与优异热耐久性的红色荧光材料。

　　

在照明技术革命浪潮中，暖白光LED（WLEDs）因其节能环保特性成为替代传统光源的主力军。然而，现有商用红色荧光粉如Y₂O₃:Eu³⁺面临浓度猝灭效应与高温发光衰减的瓶颈，制约了器件寿命与色彩还原性。磷酸盐基质材料因其独特的晶体场可调性与稀土离子兼容性备受关注，但如何设计兼具高发光效率、抗浓度猝灭和热稳定性的新型磷酸盐荧光粉仍是挑战。

针对这一难题，Sri Sivasubramaniya Nadar工程学院的研究团队创新性地选择KCaBi(PO₄)₂作为基质，通过固相反应法构建Eu³⁺掺杂体系（0.03-0.21 mol），系统研究了其结构-性能关系。研究采用粉末X射线衍射（PXRD）结合Rietveld精修确认相纯度，场发射扫描电镜（FESEM）分析形貌，通过394 nm激发下的光致发光（PL）光谱和变温PL（303-483 K）评估光学性能，并基于漫反射光谱（DRS）计算带隙值，最终运用Judd-Ofelt理论解析了Eu³⁺的辐射跃迁特性。

Eu³⁺ doped phosphor synthesis process
通过精确控制K₂CO₃、CaCO₃、Bi₂O₃和NH₄H₂PO₄的摩尔比，采用350°C预烧与900°C煅烧的两步固相法，成功制备系列掺杂样品。乙醇辅助研磨确保组分均匀性，为后续性能研究奠定材料基础。

Phase formation and FESEM studies
PXRD证实所有样品均与JCPDS 34-010标准卡匹配，Eu³⁺掺杂未引起相变。FESEM显示颗粒呈不规则多面体形貌，尺寸分布均匀，EDS图谱确认Eu元素成功掺入晶格。

光学性能突破
在394 nm近紫外光激发下，材料呈现588 nm（⁵D₀→⁷F₁）和611 nm（⁵D₀→⁷F₂）特征发射。突破性发现是发光强度随Eu³⁺浓度增加而线性提升，21 mol%高掺杂时仍无浓度猝灭现象，寿命测试（1.72 ms）进一步验证该特性。DRS测得最大带隙达3.99 eV，折射率2.172为Judd-Ofelt参数计算提供关键输入。

Judd-Ofelt理论解析
通过Ω₂=9.87×10^-20 cm²和Ω₄=1.25×10^-20 cm²参数，计算出高分支比（β_R=82%）和辐射跃迁概率（A_R=475 s^-1），证实Eu³⁺在基质中处于低对称性格位，有利于电偶极跃迁。

热稳定性与显色性
423 K高温下仍保持77.2%初始强度（588 nm），衰减动力学分析显示活化能E_a=0.29 eV。CIE坐标（0.572,0.407）位于红橙区，色温1216-1232 K满足暖白光需求，色纯度达98.6%。

这项发表于《Materials Research Bulletin》的研究，首次揭示了KCaBi(PO₄)₂:Eu³⁺体系独特的抗浓度猝灭机制与优异热稳定性，其2.172的高折射率特性为光学设计提供新思路。E. Muthulakshmi等通过多尺度表征与理论计算的深度融合，不仅为WLEDs开发出性能超越Y₂O₃:Eu³⁺的替代材料，更开辟了通过多阳离子磷酸盐基质调控稀土发光的创新路径。