掺Sm3+的锶钨硼碲酸盐（SrWBT）玻璃的结构与光致发光特性研究，用于制备暖红色发光器件

《Journal of Luminescence》：Structural and photoluminescence study of Sm3+ doped strontium tungsten boro-tellurite (SrWBT) glasses for warm reddish-orange luminescent devices

　　

Shalu Redhu|Sonia Kundu|Isha Malik|Nidhi Thakan|Sumit Modanwal|H. Mishra|Nisha Deopa|A.S. Rao

印度哈里亚纳邦Jind市Rohtak Bypass Road，Chaudhary Ranbir Singh大学物理系，邮编126102

摘要

通过熔融淬火技术合成了掺杂Sm³⁺（0.1–2.0?mol%）的锶钨硼碲酸盐（SrWBT）玻璃。XRD和FTIR确认了其非晶态特性及结构单元，并发现低OH含量有助于提高发光效率。随着Sm³⁺浓度的增加，光学带隙变窄，Urbach能量降低，表明结构稳定性提高且缺陷减少。在404?nm激发下，这些玻璃在599?nm处表现出强烈的红橙色发光（⁴G_5/2?→?⁶H_7/2）。色度分析和约1635?K的CCT表明它们在暖光和显示应用中具有潜力。衰减动力学分析显示，高浓度下离子相互作用增强但寿命缩短。这些结果表明SrWBT-Sm玻璃是高性能暖红橙色发光组件的理想载体。

引言

全球对节能固态照明（SSL）需求的增加推动了低成本发光二极管（LED）的研究，这些LED能够产生高效的白光[[1], [2], [3], [4]]。由于宽的带宽、高透明度和出色的热稳定性，掺杂稀土（RE）离子的玻璃已成为传统树脂封装荧光体的优秀替代品。其中，三价钐（Sm³⁺）因其来自⁴G_5/2能级的强烈红橙色发光和对高光子能量的独特抗性而备受重视[3,[5], [6], [7], [8], [9]]。发光研究中的一个主要挑战是优化基质，以平衡热稳定性和低非辐射损耗。虽然硼酸盐玻璃（B₂O₃）具有高RE溶解度和低熔点，但受吸湿不稳定性和高声子能量（约1300?cm^?1）的限制。相比之下，碲酸盐玻璃（TeO₂）具有更低的声子频率（约800?cm^?1）、高折射率和优异的耐腐蚀性[[10], [11], [12]]。在过去五年中，碲酸盐玻璃在中红外技术和高功率光纤激光器领域取得了显著进展。一个重要里程碑是创造了“超干”碲酸盐光纤，实现了多瓦级激光输出，并将光生成扩展到更远的红外光谱[10]。通过将碲与钨（WO₃）等重金属氧化物混合，研究人员成功提高了玻璃的热稳定性和化学耐久性。这些改进使碲酸盐玻璃成为下一代固态照明和高速光通信设备的关键材料[13]。表1总结了不同碲酸盐玻璃系统的研究工作。尽管已有大量关于碲酸盐系统的文献，但在特定于“暖光”应用的硼碲酸盐基质中优化锶（SrO）和钨（WO₃的协同作用方面仍存在关键研究空白[10,22,23]。虽然碱性和碱土金属改性剂已知可以通过将BO₃单元转化为稳定的BO₄来增强结构网络，且WO₃被认为能增强机械和热韧性，但它们对SrWBT基质中Sm³⁺发光动态的联合影响仍很大程度上未被探索[12,24]。本研究通过开发一种优化后的SrWBT-Sm系统，实现了异常低的相关色温，使其成为暖红橙色光源的理想候选者[25,26]。

受到表1中总结的基于碲酸盐玻璃系统的有希望的结果和多样光谱特性的启发，当前研究旨在开发和表征掺杂Sm³⁺的锶钨硼碲酸盐（SrWBT）玻璃系统，以探讨其在各种光电子器件应用中的潜力。碲酸盐基质的独特特性，如低声子能量和高折射率，为稀土离子提供了优越的环境，推动了这些材料在下一代光电子技术中的研究。

章节摘录

玻璃制备

掺杂Sm³⁺的碲酸盐-硼酸盐-钨氧化物玻璃（SrWBT）的名义摩尔组成为59%TeO₂ - 24%B₂O₃ – 9%WO₃ – (8-x) SrO- xSm₂O₃（其中x?=?0.0, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5和2.0），采用传统的熔融淬火技术合成。使用高纯度化学品SrCO₃（碳酸锶-99.9%）、WO₃（六价钨氧化物-99.9%）、H₃BO₃（硼酸-99.9%）、TeO₂（二氧化碲-99.9%）和Sm₂O₃（三价钐氧化物-99.9%）作为起始材料。

物理参数

物理参数的估算首先需要对密度$(\rho$' role="presentation">$(\rho$和折射率(n)进行基本测量，这些参数对后续的玻璃基质结构分析至关重要[27]。密度通常使用阿基米德方法/原理通过水或蒸馏水作为浸液进行实验测定，精度通常达到±0.01?g/cm³[28]。折射率则通过布儒斯特角法测定

结论

简而言之，使用传统的熔融淬火方法成功制备了不同浓度的SrWBT-Sm玻璃的物理、结构、热和发光特性。根据计算出的多个物理参数，Sm³⁺离子掺杂增强了基质的物理性质和结构紧凑性。在本研究中，SrWBT玻璃样品的绝缘性能可以通过金属化准则来解释。

CRediT作者贡献声明

Shalu Redhu：概念构思、方法论、软件开发、可视化、初稿撰写。Sonia Kundu：正式分析、撰写——审阅与编辑。Isha Malik：正式分析、撰写——审阅与编辑。Nidhi Thakan：正式分析、撰写——审阅与编辑。Sumit Modanwal：资源支持。H. Mishra：资源支持。Nisha Deopa：数据管理、监督、验证、撰写——审阅与编辑。A.S. Rao：资源支持、撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

Nisha Deopa博士感谢印度政府的科学工程研究委员会（SERB）在SERB-SURE计划（批准号SUR/2022/005570，日期2023年11月20日）下的财政支持。同时感谢印度哈里亚纳邦Jind市的Chaudhary Ranbir Singh大学（CRSU）通过小型研究项目（MRP）（项目编号CRSU/IQAC/2023/223，日期2023年4月6日）提供的种子资金。