近紫外激发Eu3+掺杂K3Ca2(SO4)3X（X=F, Cl, Br）卤硫酸盐荧光粉的制备及其高显色白光LED应用研究

针对传统白光LED因缺乏高效窄带红光材料导致显色性差（R9指数低）的问题，研究人员通过高温固相法合成新型近紫外激发Eu3+掺杂K3Ca2(SO4)3X（X=F, Cl, Br）卤硫酸盐荧光粉。通过阴离子调控优化发光性能，其中K3Ca2(SO4)3F:0.13Eu3+表现出619 nm窄带红光发射（色纯度92.25%）、0.42 ms长寿命及89.5%的高温稳定性，所构建的n-UV白光LED器件实现Ra=79.9、R9=86.5的优异显色性，为高保真固态照明提供新方案。

　　

在追求节能环保的今天，白光发光二极管（LED）凭借其高效、长寿命和环保特性，已成为新一代固态照明技术的代表。然而，当前主流采用蓝光芯片激发Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺（YAG:Ce）荧光粉的方案存在明显短板——红光成分不足导致显色指数（CRI）偏低，尤其是R9值（红色显色能力）难以满足医疗、食品展示等对颜色保真度要求高的场景。这一问题的核心在于缺乏能被近紫外（n-UV）光高效激发且具有窄带红光的稳定荧光材料。

针对这一技术瓶颈，来自中国的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表研究，通过高温固相反应法设计了一系列Eu^{3+掺杂的K₃Ca₂(SO₄)₃X（X=F, Cl, Br，简称KCSX）卤硫酸盐荧光粉。这类材料巧妙结合了硫酸盐基质在紫外-蓝光区的强吸收特性与Eu3+的5D₀→7F₂跃迁（619 nm）带来的窄带红光优势，同时引入卤素阴离子调控晶体场环境，最终实现了兼具高色纯度、优异热稳定性和长寿命的新型红光材料。}

关键技术方法
研究采用高温固相法合成KCSX:Eu³⁺系列荧光粉，通过X射线衍射（XRD）验证晶体结构，荧光光谱仪测定激发/发射特性，并系统考察不同卤素基质（F^-/Cl^-/Br^-）对Eu³⁺发光性能的影响。通过变温荧光测试评估热稳定性，最终将优化后的荧光粉与商用BMA:Eu²⁺（蓝光）、BSS:Eu²⁺（绿光）荧光粉混合，封装于397 nm n-UV芯片上构建白光LED器件。

研究结果

1. 相结构与形貌
XRD证实所有KCSX:0.13Eu³⁺样品均保持纯相，但卤素离子半径差异导致衍射峰位移：F^-→Br^-替换使主峰向低角度偏移（26.6°–27.2°范围），符合离子半径增大引起的晶格膨胀规律。

2. 发光性能优化
所有样品在397 nm激发下均呈现Eu³⁺特征红光（619 nm），其中KCSF基质表现出最强发射强度。通过浓度淬灭实验确定最佳Eu³⁺掺杂浓度为0.13，过量掺杂会导致离子间能量传递效率下降。

3. 热稳定性突破
KCSF:0.13Eu³⁺在423 K下仍保持室温发光强度的89.5%，显著优于传统硫化物荧光粉。这种稳定性源于卤素引入强化的刚性晶体结构，有效抑制了温度升高引起的非辐射跃迁。

4. 器件性能验证
基于KCSF:0.13Eu³⁺构建的白光LED在50 mA驱动电流下实现Ra=79.9、R9=86.5的高显色性，相关色温（CCT）为5915 K，接近自然白光标准，解决了传统方案R9不足的核心痛点。

结论与意义
该研究通过阴离子工程策略，首次将Br^-引入KCSX体系并系统比较不同卤素基质的影响，证实F^-基质在发光强度、热稳定性方面的综合优势。所开发的荧光粉兼具窄带发射（半峰宽<10 nm）、高色纯度（>90%）和毫秒级荧光寿命，为n-UV激发型高显色白光LED提供了理想红光材料。尤其值得注意的是，其优异的温度稳定性（<10%强度衰减@423 K）解决了商用红色荧光粉在高温工况下性能骤降的难题，对汽车照明、高功率灯具等应用场景具有特殊价值。这项工作不仅拓展了卤硫酸盐荧光粉的材料体系，更为实现"健康照明"所需的自然光谱设计提供了新思路。