新型绿色荧光粉Na4Zr2Si3O12:Eu2+的单模态传感与LED应用研究

研究人员针对传统双稀土掺杂温度传感器合成复杂、成本高的问题，开发了结构简单的单发射绿色荧光粉Na4Zr2Si3O12:Eu2+。该材料在512 nm处呈现宽峰发射，绝对灵敏度达0.00738 K-1，且基于365 nm芯片的LED器件色饱和度（Rg）达96.2，为单模态温度传感和照明技术提供了新材料解决方案。

　　

在光学温度传感领域，传统双发射稀土掺杂材料虽能通过荧光强度比（FIR）技术实现自校准，但其复杂的合成工艺和高昂成本制约了实际应用。更棘手的是，单发射温度探针长期面临重复性差、抗干扰弱等瓶颈。如何开发兼具高灵敏度、结构简单且成本低廉的新型荧光材料，成为突破技术壁垒的关键。

针对这一挑战，来自同济大学等机构的研究团队独辟蹊径，选择锆硅酸盐Na₄Zr₂Si₃O₁₂作为基质，通过Eu²⁺单掺杂策略，成功制备出具有单模态绿色发射的新型荧光粉。该材料在325 nm激发下产生512 nm不对称发射峰，归因于Eu²⁺占据Na₁和Na₂两种晶格位点。研究团队通过高温固相法合成样品，结合X射线衍射（XRD）和光致发光（PL）光谱系统表征，发现其绝对灵敏度在300-425 K区间达0.00738 K^-1，且基于365 nm紫外芯片的LED器件展现出6074K色温和96.2的色饱和度。

关键实验方法
采用高温固相法合成Na₄Zr₂Si₃O₁₂:xEu²⁺（x=0-0.15）系列样品，通过XRD解析晶体结构，PL光谱测试发光性能，并构建LED器件评估光电参数。

主要研究结果

1. 晶体结构特征：Na₄Zr₂Si₃O₁₂属三方晶系（空间群R3c），[ZrO₆]^8-八面体与[SiO₄]^4-四面体通过顶点连接形成开放框架，为Eu²⁺提供灵活配位环境。
2. 发光性能：最优掺杂浓度7%的样品呈现双峰合并的宽发射带，荧光寿命随温度升高从297.7 μs（室温）降至244.5 μs（425 K），证实其热猝灭特性。
3. 环境稳定性：85℃/85%湿度老化72小时后，发光强度保持率超82%，优于多数商用荧光粉。

研究意义
该工作首次在锆硅酸盐体系中实现Eu²⁺单掺杂的高灵敏度温度响应，其单模态发射特性简化了传感器设计复杂度。材料优异的耐候性和96.2的色饱和度指标，为发展集温度传感与照明功能于一体的微型化器件提供了新思路。论文发表于《Journal of Luminescence》，为稀土发光材料在智能光学器件中的应用开辟了新途径。