Eu3+/Tb3+共掺杂碲酸盐玻璃的可调谐发光特性及能量转移机制研究

本研究针对稀土离子掺杂玻璃在光子学应用中发光效率与颜色调控的挑战，通过设计30TeO2-20B2O3-(20-x)SiO2体系共掺杂Tb3+/Eu3+，揭示了5.0 mol% Eu2O3浓度下的荧光淬灭效应，建立了能量转移效率模型，为开发高效可调谐发光材料提供了新思路。

　　

在光电材料领域，如何实现高效可调谐发光一直是科学家们追逐的圣杯。传统硅酸盐或磷酸盐玻璃由于高声子能量（通常超过1000 cm^-1），往往导致稀土离子的非辐射跃迁损耗，严重制约了发光效率。而碲酸盐玻璃以其独特的TeO₄/TeO₃结构单元和仅约700 cm^-1的低声子能量，成为稀土离子发光的理想载体。特别是Tb³⁺和Eu³⁺这对"黄金搭档"，前者能发射纯净的绿光（⁵D₄→⁷F₅，544 nm），后者则擅长红光发射（⁵D₀→⁷F₂，613 nm），二者的协同效应为颜色调控提供了无限可能。

为破解能量转移效率优化的难题，来自泰国那空帕农皇家大学等机构的研究团队开展了一项创新研究。他们采用熔融-淬火法成功制备了Tb³⁺固定掺杂5 mol%、Eu³⁺梯度掺杂（0-6 mol%）的碲硼硅酸盐玻璃，通过系统表征发现当Eu₂O₃浓度达到5.0 mol%时出现显著的荧光淬灭效应。这项发表于《Radiation Physics and Chemistry》的研究，首次在该体系中建立了Tb³⁺→Eu³⁺能量转移的定量模型，为开发新型光子器件提供了理论支撑。

关键技术方法包括：1）采用1100℃熔融结合500℃退火3小时的玻璃制备工艺；2）378 nm激发下的光致发光（PL）光谱分析；3）CIE 1931色度坐标计算；4）寿命衰减曲线拟合能量转移效率。研究样本为实验室自主制备的TeO₂-B₂O₃-SiO₂-Na₂O-BaO基质玻璃。

【实验结果】
密度与摩尔体积分析显示，随着Eu³⁺掺杂量增加，玻璃密度从4.00 g/cm³线性增至4.30 g/cm³，而摩尔体积在27.0-31.0 cm³/mol区间波动，证实了稀土离子对玻璃网络的紧缩效应。

光学表征发现，378 nm激发下Tb³⁺的⁵D₄→⁷F_J跃迁强度随Eu³⁺浓度增加而衰减，而Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂发射则相应增强，这种"此消彼长"的现象直接证明了Tb³⁺→Eu³⁺的能量转移。

衰减动力学研究表明，Tb³⁺的荧光寿命从2.14 ms（单掺杂）缩短至1.32 ms（共掺杂6 mol% Eu³⁺），据此计算的能量转移效率最高达38.3%，揭示了离子间距对共振能量转移（RET）的关键影响。

【结论与展望】
该研究证实碲酸盐玻璃中Tb³⁺-Eu³⁺能量转移遵循偶极-偶极相互作用机制，通过调节Eu³⁺浓度可实现从绿到红的连续色度调控。特别值得注意的是，5.0 mol% Eu₂O₃的淬灭浓度阈值，为同类材料的组分设计提供了重要参考。这项工作不仅深化了对稀土离子相互作用的认知，其开发的玻璃系统在LED照明、X射线成像和激光器件等领域展现出广阔应用前景。未来研究可进一步探索基质玻璃中TeO₂/B₂O₃比例对能量转移效率的调制规律。