新型Sr4 Ca2 W2 O12 :Sm3+ 荧光粉的高色纯度红光发射及其在白光LED中的应用研究

　　本研究针对白光LED（w-LEDs）中红光成分不足和色纯度（CP）低的难题，通过固相反应法合成Sm3+ 掺杂Sr4 Ca2 W2 O12 荧光粉。该材料在407 nm激发下发射647 nm高纯度红光（CIE 0.606, 0.391），量子效率达60.17%，热稳定性优异（160°C保持62.1%强度），为w-LEDs提供了理想的红色补光解决方案。

　　

在照明技术领域，白光发光二极管（w-LEDs）因其节能环保、寿命长等优势已成为第四代照明主流，但其红光成分不足导致色域狭窄和显色性差的问题长期制约发展。现有商用YAG:Ce³⁺
荧光粉虽能实现白光发射，却难以覆盖红光波段，造成相关色温（CCT）偏高和颜色失真。为突破这一瓶颈，研究人员将目光投向稀土离子掺杂的氧化物荧光材料，其中三价钐离子（Sm³⁺
）因其⁴
G_5/2
→⁶
H_9/2
跃迁产生的特征橙红光备受关注，但传统基质材料往往存在热猝灭严重或合成工艺复杂等缺陷。

针对上述问题，来自德里理工大学的研究团队创新性地选择Sr₄
Ca₂
W₂
O₁₂
单斜晶系（空间群P₁
21/c₁
）作为基质，通过固相反应法（SSR）制备了系列Sm³⁺
掺杂荧光粉。该研究系统考察了材料的结构特性与发光性能，相关成果发表于《Journal of Luminescence》，为w-LEDs的色域拓展提供了新思路。

研究采用粉末X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、漫反射光谱（DRS）和拉曼光谱等多维表征手段。通过变温光致发光（TDPL）和荧光寿命测试评估热稳定性，结合色度坐标计算量化光学性能。

Powder X-ray Diffraction Analysis
XRD精修证实所有样品均保持单斜结构，Sm³⁺
掺杂未引起杂相（JCPDS 96-210-4689）。Williamson-Hall法计算显示晶粒尺寸为90-110 nm，3.0 mol%掺杂样品结晶度最优。

Synthesis
通过精确控制煅烧条件（1300°C/7h）获得纯相，SEM显示颗粒呈球形团聚态，FT-IR在560 cm^-1
处检出W-O特征振动峰，DRS测得光学带隙为3.8 eV。

光学性能
407 nm激发下，3.0 mol%样品呈现647 nm强发射（⁴
G_5/2
→⁶
H_9/2
跃迁），色纯度达99.45%，CCT为1625 K的暖色调。浓度超过3.0 mol%时发生浓度猝灭，双指数拟合的荧光寿命表明存在能量转移。

热稳定性
TDPL测试显示160°C时发光强度保持62.1%，活化能（ΔE）0.286 eV，显著优于多数商用荧光粉。量子效率（QE）达60.17%，满足工业应用需求。

该研究成功开发出具有高热稳定性和高色纯度的新型红色荧光材料，其单斜晶体结构为Sm³⁺
提供了理想的配位环境。通过精确控制掺杂浓度和烧结工艺，实现了红光发射强度与热稳定性的协同优化。研究不仅解决了w-LEDs红光缺失的核心技术难题，还为显示器件的光学设计提供了新材料选择。值得注意的是，固相反应法的采用使得该材料具备规模化生产的潜力，而62.1%的高温发光保持率使其在大功率LED领域展现出独特优势。这些发现为下一代照明器件的开发奠定了重要基础。