Dy2O3替代PbO对铅钡硼酸盐玻璃结构、光学及白光发射性能的调控机制研究

研究人员通过熔融淬火法制备Dy2O3掺杂的PbO-B2O3-BaO-Li2O玻璃体系，系统探究了稀土掺杂对玻璃网络结构（BO3/BO4转化）、光学带隙（Eg从2.93 eV降至2.31 eV）及光致发光性能（CIE坐标趋近白光点）的调控规律，为开发紫外激发白光LED提供了新型基质材料。

　　

在固态照明领域，实现高效稳定的白光发射一直是材料科学家面临的挑战。传统荧光粉转换型白光LED存在色温不均、热稳定性差等问题，而稀土掺杂玻璃因其优异的化学稳定性和可调控的发光特性成为研究热点。其中，铅硼酸盐玻璃(PB玻璃)凭借高折射率、强紫外吸收等特性备受关注，但PbO的毒性限制了其应用。如何通过稀土掺杂实现性能优化并减少铅用量，成为该领域的关键科学问题。

研究人员通过熔融淬火技术制备了(45-y)PbO-35B₂O₃-10BaO-10Li₂O-yDy₂O₃系列玻璃，系统研究了Dy³⁺替代PbO对玻璃结构性能的影响。X射线衍射(XRD)证实所有样品均保持非晶态，而傅里叶变换红外光谱(FTIR)揭示了有趣的"结构震荡"现象：当Dy₂O₃含量为0.5 mol%时，玻璃网络中的三角平面BO₃单元向四面体BO₄转化；但继续增加Dy₂O₃至2.0 mol%时，结构又向BO₃回迁。这种反常现象源于Dy³⁺的高场强特性——其强大的极化作用先促使非桥氧(NBO)形成，随后又通过重构网络减少NBO浓度。

光学性能测试显示，0.5 mol% Dy₂O₃掺杂使光学带隙(E_g)从2.93 eV骤降至2.31 eV，折射率则呈现相反变化趋势。光致发光(PL)光谱在350 nm激发下展现出特征性的蓝光(481 nm，⁴F_9/2→⁶H_15/2)和黄光(575 nm，⁴F_9/2→⁶H_{13/sub>)双发射峰。值得注意的是，1.0 mol%样品达到发射强度峰值，其黄蓝强度比(Y/B)大于1，表明Dy³⁺处于高对称性格位。色坐标分析显示，所有样品均接近白光点(0.333,0.333)，其中PBB0.5样品呈现5116 K的中性白光，而PBB2.0样品色温升至6444 K，进入日光白范畴。}

该研究通过多尺度表征技术揭示了稀土掺杂浓度与玻璃网络结构的非线性关系，建立了"成分-结构-性能"的定量关联。其创新性在于发现Dy³⁺的"结构双效作用"——既能作为网络修饰体诱导NBO形成，又可作为网络形成体增强结构致密性。研究成果不仅为低铅含量高性能发光玻璃的设计提供了理论依据，更拓展了稀土掺杂玻璃在微片激光器、三维显示等前沿光电子器件中的应用前景。论文发表于《Next Research》，为新型光电功能材料的开发开辟了新思路。