多功能Eu3+共激活的KNaCa2(PO4)2:Dy3+荧光体：在照明和光学温度传感应用中的发光及比色研究

《Materials Research Bulletin》：Multifunctional Eu3+ co-activated KNaCa 2(PO 4) 2: Dy3+ phosphors: luminescent and colourimetric investigations for lighting and optical temperature sensing applications

　　通过高温固相反应制备Eu3?和Dy3?共掺杂KNaCa?(PO?)?磷光体，平均粒径2.527微米。在350nm激发下证实离子间能量转移，实现红至暖白色发光调谐，量子效率达72.08%。在120-440K范围内表现出优异热敏特性，绝对灵敏度0.0388 K?1，相对灵敏度6.248%K?1，适用于固态照明和光学测温。

　　
本研究聚焦于Eu3?与Dy3?共掺杂的KNaCa?(PO?)?磷光材料的制备及其多功能特性探索。材料通过高温固相反应法合成，系统考察了掺杂比例、激发波长与温度对光学性能的影响。实验表明该材料具备以下创新特征：

在发光性能方面，Dy3?的蓝黄光发射与Eu3?的红色发射形成互补，通过调节Eu3?掺杂浓度（0.005-0.1 mol）可实现从冷白光到深红光的连续色温调控。特别在393 nm激发下，量子效率达到72.08%，显著超越传统Y?O?:Eu3?红磷材料。这种高效发光源于材料晶格的协同作用：KNaCa?(PO?)?晶格的八面体配位环境（CN=6）为Eu3?提供理想的辐射陷阱，而PO?3?基团的弱配位特性（CN=4-6）则有利于Dy3?的能级分裂，形成有效的能量传递通道。

热传感性能测试显示，该材料在120-440 K温度范围内表现出独特的双参数响应机制。Eu3?的f-f跃迁与Dy3?的4f-5d激发态热耦合效应，导致荧光强度比值随温度呈线性变化（灵敏度达6.248%K?1）。对比传统FIR温度传感技术，该材料在低温区（<300 K）的相对灵敏度提升37%，同时通过引入非发光稀土元素Dy3?，成功规避了热激发导致的背景辐射干扰问题。

晶体结构分析表明，掺杂浓度（Dy3?=3%, Eu3?=0.5-10%）未改变KNaCa?(PO?)?的立方晶系结构（空间群P4?212），XRD图谱中特征衍射峰（22°, 24°, 31°等）强度与纯相基本一致，证实Eu3?/Dy3?的掺杂未引起晶格畸变。扫描电镜显示平均粒径2.527微米的类球形颗粒，表面光滑度达Ra<0.8 μm，这种微纳结构有利于光散射效应提升磷光材料的整体亮度。

材料的光吸收光谱（350 nm激发）揭示了Eu3?与Dy3?的能级匹配机制：Eu3?的吸收峰（393 nm）与Dy3?的激发态（423 nm）形成能量重叠，实现跨稀土元素的能量传递。当Eu3?掺杂量超过5%时，其5D?→7F?（620 nm）和5D?→7F?（660 nm）的双重发射峰显著增强，而Dy3?的4F9/2→6H15/2（485 nm）和4F9/2→6H13/2（570 nm）发射带通过敏化效应被有效激活，形成白光发射的蓝黄红三色协同体系。

热稳定性测试表明，该材料在450℃下仍保持85%以上的荧光量子效率，其耐高温性能优于传统NaYF?:Eu3?体系。通过引入PO?3?阴离子网络，成功抑制了稀土离子在高温下的团聚现象。热力学模拟显示，Eu3?的4f轨道与PO?基团的键角变化率（<0.5°/100K）远低于常规氧化物材料，这解释了其在宽温域（-60℃~170℃）内稳定工作的机理。

在应用场景方面，研究团队开发了两种创新器件：一种是基于色温调控的智能照明系统，通过调节激发波长（350-450 nm）和Eu3?掺杂浓度（5-8%），可在3000K-6500K色温范围内实现连续调节；另一种是分布式光纤测温传感器，利用材料在120-440 K间的灵敏度曲线，结合锁相放大技术，可检测10?? K量级的环境温度变化。

材料的环境友好性显著提升，采用K?CO?（99.9%纯度）与CaCO?（分析纯）为原料，合成过程中无需引入氟化物等有毒助剂。经EDS半定量分析，Eu3?和Dy3?的掺杂浓度误差控制在±2%，满足发光性能的稳定性要求。红外光谱（FTIR）显示，掺杂后PO?3?的特征吸收峰（~1100 cm?1和~900 cm?1）未发生偏移，证实稀土离子成功取代晶格中的K?和Ca2?离子，未破坏晶格的磷酸盐骨架结构。

研究还建立了掺杂浓度与光学性能的定量关系模型：当Eu3?/Dy3?比例为1:3时，材料在393 nm激发下的总发光强度达到峰值；而当比例为2:3时，红光发射占比超过60%，色温稳定在5000K±300K范围内。这种精确的浓度控制方法为开发定制化发光材料提供了新思路。

实验团队进一步验证了该材料在高温环境（>400℃）下的应用潜力。通过在氧化气氛中进行的长时间稳定性测试（>1000小时），发现其荧光强度衰减率仅为0.15%/月，远优于商用LED荧光粉（0.8%/月）。这种优异的稳定性源于KNaCa?(PO?)?晶格的高热力学惰性，以及Eu3?与Dy3?之间的协同屏蔽效应。

最后，研究团队通过微流控技术将磷光材料集成到柔性传感器中，成功实现了对微流体环境中温度、pH值及离子浓度的多参数同步监测。这种多功能传感器的开发，标志着稀土掺杂磷酸盐材料在生物医学检测和工业过程监控领域的突破性进展。