碳点增强型CaAl2O4:Eu2+荧光粉的高灵敏度光学测温与阴极发光性能研究

研究人员针对光学测温精度不足及阴极发光(CL)效率低的问题，通过溶胶-凝胶法合成CaAl2O4:Eu2+荧光粉，系统研究了温度对晶体相变的影响，发现1400℃可获单一单斜相，其绝对灵敏度达7.91×10?3 K?1，碳涂层使CL强度提升1.74倍，为无接触温度传感和场发射照明提供了新材料。

　　

在光电材料领域，开发兼具高稳定性和优异发光性能的荧光粉一直是研究热点。传统硫化物基荧光粉虽发光效率高，但易受环境降解影响，而氧化物基材料如CaAl₂O₄凭借出色的化学稳定性成为理想替代品。然而，合成过程中易产生杂相、Eu²⁺离子间能量转移效率低等问题，严重制约其在光学温度传感器和场发射显示器中的应用。

国立台湾科技大学的研究团队在《Optical Materials》发表论文，通过溶胶-凝胶法精准调控CaAl₂O₄:Eu²⁺的晶体结构，系统探究了温度对相纯度的影响规律。他们采用X射线衍射分析相变过程，通过光谱技术测定荧光寿命和能量转移距离，并创新性地引入碳点表面修饰策略。

关键技术包括：1) 溶胶-凝胶法制备纳米级均匀荧光粉；2) 高温退火（900-1400℃）诱导单斜相转化；3) 碳点涂层改善表面导电性；4) 荧光光谱和阴极发光同步表征技术。

结果与讨论

1. 晶体相变调控：在900℃时产物含CaAl₄O₇和Ca₁₂Al₁₄O₃₃杂相，1400℃获得单一单斜相，主峰(220)显示高度结晶性。
2. 发光机理：Eu²⁺临界能量转移距离为17.83 ?，低于此值时偶极-偶极相互作用导致荧光猝灭。
3. 温度传感性能：在383K下实现绝对灵敏度7.91×10^?3 K^?1，源于Eu²⁺的5d-4f跃迁对温度敏感。
4. 碳点修饰效应：碳涂层虽降低光致发光(PL)强度，但通过增强表面导电性使CL强度提升74%。

结论与意义
该研究揭示了钙铝酸盐荧光粉的"温度-相结构-发光性能"构效关系，首次证实碳点修饰可选择性增强CL而非PL的特性。这一发现为开发新型光学温度传感器和低能耗场发射显示器提供了材料设计范式，特别是单斜相CaAl₂O₄在高温环境下的稳定性优势，有望推动其在工业级光电设备中的应用。作者Su-Hua Yang团队提出的杂相控制策略和表面工程方法，对稀土掺杂氧化物荧光粉的性能优化具有普适指导价值。