新型Dy3+ 掺杂CaYF5 荧光粉的结构与光学特性及其在固态照明中的应用研究

　　本研究针对传统光源效率低、寿命短等问题，通过共沉淀法成功合成CaYF5 :Dy3+ 荧光粉。XRD证实其FCC相结构，PL分析显示353nm激发下蓝、黄、红多色发射，CIE(0.4829,0.4907)和CCT 2950K表明其高色纯度，TDPL验证0.1564eV活化能下的热稳定性，为固态照明提供了高性能材料。

　　

在能源危机与环保需求的双重压力下，全球照明产业正经历从传统白炽灯、荧光灯向固态照明技术的革命性转变。尽管LED技术已实现185TWh/年的节能效果，但现有荧光转换材料仍面临效率衰减、热稳定性不足等挑战。特别是稀土掺杂荧光粉中，如何平衡发光强度与温度猝灭效应成为关键科学问题。氟化物基质因其低声子能量和高化学稳定性被视为理想宿主，而Dy³⁺
离子特有的⁴
F_9/2
→⁶
H_J
跃迁能产生从蓝到红的广谱发射，这为开发新型白光LED材料提供了可能。

针对这一需求，来自曼尼帕尔高等教育学院的研究团队在《Journal of Luminescence》发表了关于CaYF₅
:Dy³⁺
荧光粉的系统研究。该工作采用共沉淀法合成1-3mol% Dy³⁺
掺杂样品，通过XRD、SEM-EDX、FTIR、DRS和PL等技术进行多尺度表征，重点考察了其晶体结构、光学特性与温度依赖行为。

关键技术方法
研究采用化学共沉淀法制备系列掺杂样品，利用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析，结合Rietveld精修确定晶体结构；场发射扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDX)表征形貌与元素分布；傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析化学键振动模式；漫反射光谱(DRS)计算能带隙；荧光光谱仪(PL)测试激发发射特性；温度依赖PL(TDPL)评估热稳定性。

研究结果

X射线衍射
所有样品均呈现面心立方相(Fm-3m空间群)，2θ=28.45°、32.96°等特征峰与标准卡片(ICDD 98-002-2083)完全匹配。Rietveld精修证实Dy³⁺
掺杂未改变基质结构，晶胞参数变化率<0.5%，表明离子成功掺入晶格。

形貌与成分
SEM显示颗粒呈不规则多面体，平均尺寸0.68±0.03μm。EDX谱中Ca、Y、F元素信号强度比符合化学计量，Dy特征峰证实掺杂有效性。

光学特性
DRS测得纯CaYF₅
与2mol% Dy³⁺
样品带隙分别为5.60eV和6.34eV，折射率从1.92降至1.83。FTIR显示600-800cm^-1
处Y-F键振动峰，证实Dy³⁺
-配体键主要为离子性。

光致发光
353nm激发下出现481nm(蓝)、491nm(蓝)、579nm(黄)和673nm(红)四重发射峰，对应Dy³⁺
的⁴
F_9/2
→⁶
H_{15/2,13/2,11/2}
跃迁。2mol%掺杂时因偶极-四极相互作用发生浓度猝灭。优化样品CIE坐标(0.4829,0.4907)近白光区，CCT 2950K属暖白光，色纯度达92.2%。

热稳定性
TDPL显示298-498K温度区间内，主发射峰仅偏移1nm(578.4→577.4nm)，活化能0.1564eV表明优异的热稳定性，100℃时发光强度保持初始值的85%。

结论与意义
该研究成功开发出具有FCC结构的CaYF₅
:Dy³⁺
荧光粉，其多色发射特性通过调节Dy³⁺
浓度可实现从冷白光到暖白光的精准调控。特别值得注意的是：1) 低声子能量的氟化物基质有效抑制非辐射跃迁，使量子效率提升；2) 2mol%优化浓度下 dipole-quadrupole相互作用机制为浓度控制提供理论依据；3) 高温环境下<3%的波长漂移率显著优于多数氧化物基质材料。这些发现不仅为固态照明器件提供了可直接应用的高性能荧光材料，更为稀土掺杂体系的能级调控与热稳定性设计建立了新范式。未来通过共掺Eu³⁺
等离子进一步拓展红光组分，有望实现更接近自然光的全光谱照明。