电纺PVA@ZnO:xDy3+纳米纤维的白光发射特性：光谱与形貌调控及其器件应用潜力

【编辑推荐】本研究通过沉淀法制备ZnO:Dy3+纳米颗粒，并采用电纺技术将其与PVA复合，成功开发出可发射近白光（CIE坐标0.3004;0.3302）的PVA@ZnO:xDy3+纳米纤维。通过FTIR、FESEM、PL等技术系统表征，发现2 wt% Dy3+掺杂时发光强度最大，为白光LED器件设计提供新型材料解决方案。

　　

在照明技术领域，实现高效、稳定的白光发射一直是材料科学家面临的挑战。传统白光LED多采用蓝光芯片激发荧光粉的组合方式，存在色温不均、显色性差等问题。而稀土掺杂纳米材料因其独特的能级结构，可通过单一基质实现白光发射，成为研究热点。土耳其Balikesir大学的Yasemin Acar团队在《Reactive and Functional Polymers》发表的研究，创新性地将电纺技术与稀土掺杂相结合，为这一领域提供了新思路。

研究采用沉淀法合成不同Dy³⁺掺杂浓度（1-7 wt%）的ZnO纳米颗粒，通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构后，将其与聚乙烯醇(PVA)复合，利用高压电场作用制备出直径均匀的纳米纤维。团队运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学键合作用，紫外-可见吸收光谱测定光学带隙，场发射扫描电镜(FESEM)观察纤维形貌，结合热重分析(TGA)评估热稳定性，最后通过光致发光光谱(PL)系统研究发光机理。

结构表征揭示掺杂效应

XRD分析显示所有样品均保持ZnO的纤锌矿结构，Dy³⁺成功进入晶格。FESEM图像证实纤维直径在100-200 nm范围，且随Dy³⁺含量增加呈现更光滑表面形貌。

光学性能突破

PL光谱显示纯ZnO/PVA纤维发射绿蓝光（~500 nm），而Dy³⁺掺杂样品在482 nm（蓝光，⁴F_9/2→⁶H_15/2跃迁）和575 nm（黄光，⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁）处出现特征峰。当Dy³⁺浓度为2 wt%时，蓝黄光强度比达到最佳平衡，CIE色度坐标(0.3004,0.3302)最接近理想白光(0.333,0.333)。

热稳定性验证

TGA曲线表明所有纤维在250°C前保持稳定，Dy³⁺掺杂显著提高聚合物基质的热分解温度，这归因于ZnO纳米颗粒与PVA链的相互作用增强。

该研究证实通过精确调控Dy³⁺掺杂浓度，可实现ZnO基纳米纤维的白光发射，其色纯度优于多数稀土掺杂体系。特别是2 wt%掺杂样品兼具优异发光性能和热稳定性，为开发柔性白光器件提供了新思路。这种电纺纤维可直接集成到纺织物或柔性基底上，在可穿戴照明、智能显示等领域具有广阔应用前景。研究同时为稀土-半导体复合发光材料的能级调控机制提供了实验依据。