K?Lu(PO?)?:Bi3?,Eu3?荧光体中的颜色可调发射与能量转移特性，应用于白光照明及防伪技术

《Journal of Alloys and Compounds》：Color-tunable emission and energy transfer in K 3Lu(PO 4) 2:Bi3+,Eu3+ phosphors for white lighting and anti-counterfeiting

蓝橙红多色发光磷光体制备及在WLED与加密防伪中的应用研究。通过高温固相反应合成K3Lu(PO4)2:Bi3+,Eu3+磷光体，发现Bi3+作为敏化剂有效拓宽Eu3+的紫外吸收范围，能量传递效率达67%，与365nm UV芯片兼容性优异。制备的WLED器件色渲染指数Ra达90.3，相关色温4272K，并利用其光热响应特性开发双模式加密防伪技术。

　　本文探讨了一种新型的多色磷光材料——K?Lu(PO?)?:Bi3?, Eu3?（以下简称KLPO:Bi3?, Eu3?）的合成与性能。该材料通过高温固态反应法制备，能够实现从蓝色到橙红色的多色发光，显示出在白光LED（WLED）和信息加密与防伪技术中的广泛应用前景。研究重点分析了其晶体结构、发光性能以及能量转移（ET）过程，为磷光材料的开发提供了新的思路。

K?Lu(PO?)?作为一种磷酸盐基质，具有独特的化学稳定性、可调的晶体场环境、相对较低的合成温度以及良好的掺杂兼容性。这些特性使其在磷光材料的设计中展现出重要优势。与传统的氮化物、氟化物、硼酸盐等基质相比，磷酸盐基质避免了合成条件复杂、生产成本高、化学稳定性差或声子能量过高等问题。因此，磷酸盐基质被认为是具有综合性能平衡和广阔应用前景的优选材料。本文选择K?Lu(PO?)?作为基质，通过引入Bi3?和Eu3?两种离子，构建了高效的能量转移路径，从而实现了多色发光的调控。

Bi3?离子因其特殊的电子结构，能够有效吸收近紫外光（~380-400 nm），并通常发出蓝色光。这种特性使其成为一种理想的敏化剂，能够吸收LED芯片发出的紫外光，进而激发其他发光中心。然而，Bi3?自身的单色发光特性限制了其在日常照明中的直接应用。Eu3?离子则因其在可见光区的发射特性而被广泛用作红色发光激活剂。然而，Eu3?的吸收能力较弱，这主要是由于其4f-4f跃迁属于禁阻跃迁，导致其在紫外区的吸收效率较低，难以与紫外LED芯片有效匹配。为了解决这一问题，研究通过共掺杂Bi3?和Eu3?，利用Bi3?的高效能量转移能力，显著增强了Eu3?的发光强度，并扩展了其在紫外区的吸收范围。

实验结果表明，Bi3?离子作为敏化剂，对Eu3?离子的激发效率高达67%。这一高效率不仅提升了Eu3?的发光性能，还改善了其与紫外LED芯片的匹配度，从而为白光LED器件的制备提供了良好的基础。此外，KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料在紫外区表现出宽且强的光致发光激发带，覆盖范围从200 nm到400 nm。这一特性意味着该材料能够与紫外芯片高度兼容，为实现高效、稳定的白光发射提供了可能性。

基于上述研究，作者进一步设计了一种结合KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料和商业（Ba, Sr）?SiO?:Eu2?磷光材料的白光LED器件。通过将紫外芯片（365 nm）与这两种磷光材料混合使用，制备出的LED器件实现了具有高显色指数（Ra=90.3）和适宜色温（CCT=4272 K）的暖白色光发射。同时，其色坐标为（0.3411, 0.3540），表明其光谱分布较为均匀，能够满足高质量照明的需求。这一成果不仅展示了KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料在照明领域的应用潜力，也为开发新型白光LED提供了重要参考。

在信息加密与防伪领域，KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料展现出独特的响应特性。该材料在光照和热刺激下能够产生不同的发光行为，这种多模式响应特性为设计新型的防伪平台提供了理论依据。例如，通过调控Bi3?和Eu3?的掺杂比例，可以实现不同颜色的发光模式，从而构建多层次的防伪系统。此外，磷光材料的光致发光特性使得其在特定波长下具有可识别性，可用于制作紫外可见光响应的标记。这种标记不仅具有良好的稳定性，还能在不同光照条件下呈现出不同的发光特征，从而增强其在防伪应用中的可靠性。

当前，随着信息社会的快速发展，假冒和伪造信息的泛滥对信息安全构成了严重威胁。因此，信息加密和防伪技术的研究日益受到重视。传统的有机发光材料虽然在某些应用场景中表现出色，但其稳定性较差、寿命较短且对加工条件要求严格，难以满足实际应用的需求。相比之下，无机磷光材料具有优异的物理化学稳定性、较长的使用寿命以及良好的抗环境干扰能力，因此在防伪领域中具有明显优势。KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料的引入，为防伪技术的发展提供了新的可能性。其在紫外光和可见光下的不同发光特性，使得该材料能够在不同光照条件下呈现独特的光谱特征，从而实现信息的多模式加密。

此外，研究还对KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料的晶体结构和相态进行了系统分析。通过X射线衍射（XRD）和Rietveld精修方法，确认了该材料在高温固态反应过程中能够形成纯相结构，且其晶体结构稳定。这表明该材料在实际应用中具有良好的热稳定性，能够适应不同的工作环境。同时，材料的相态分析也为进一步优化其发光性能提供了理论支持。例如，通过调整Bi3?和Eu3?的掺杂比例，可以实现更精确的发光调控，从而满足不同应用场景的需求。

在合成方法方面，本文采用了传统的高温固态反应法，通过精确控制前驱体的配比和反应条件，成功制备了系列KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料。该方法不仅操作简便，而且能够在常压下完成，避免了复杂设备和苛刻环境的限制，提高了材料的可合成性和应用兼容性。此外，材料的合成过程对环境友好，符合当前绿色化学的发展趋势。这些优势使得KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料在实际生产中具有较高的可行性。

综上所述，本文通过系统研究KLPO:Bi3?, Eu3?磷光材料的合成与性能，揭示了其在照明和信息加密领域的双重应用价值。该材料不仅能够实现多色发光，提高白光LED的发光效率和色域覆盖，还能通过其独特的光响应特性，构建出具有多模式响应的防伪平台。这些研究成果为磷光材料的进一步发展提供了新的方向，同时也为信息加密与防伪技术的创新提供了坚实的理论基础和实验支持。未来，随着对磷光材料性能的深入研究和应用技术的不断优化，KLPO:Bi3?, Eu3?有望成为下一代高效照明和智能防伪材料的重要组成部分。