Eu2 O3 掺杂浓度对磷酸盐玻璃结构-光学性能的调控机制及光致发光应用研究

　　本研究针对稀土掺杂磷酸盐玻璃中非辐射能量损耗与化学稳定性难题，通过调控Eu2 O3 浓度（0-1.5 wt%），结合Judd-Ofelt理论和Duffy方程，系统揭示了Eu3+ 对PZABP玻璃基质中NBOs形成、共价/离子键平衡及5 D0 →7 FJ 跃迁效率的调控规律，为开发高效UV转换器与固态激光器提供了新型候选材料。

　　

在光电材料领域，磷酸盐玻璃因其独特的低声子能量和高稀土离子溶解度备受关注，但化学稳定性差和浓度猝灭效应长期制约其应用。传统研究多聚焦单一稀土掺杂体系，对Yb³⁺
/Er³⁺
/Eu³⁺
三重掺杂体系中Eu³⁺
浓度与结构-性能的构效关系缺乏系统认知。

为解决这一科学问题，来自巴西利亚联邦大学等机构的研究团队创新性地设计了60P₂
O₅
–15ZnO–5Al₂
O₃
–10BaO–10PbO（PZABP）玻璃基质，通过熔融淬冷法制备了含1.2 wt% Yb₂
O₃
、0.2 wt% Er₂
O₃
及梯度浓度Eu₂
O₃
（0-1.5 wt%）的系列样品。研究采用XRD、ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶变换红外光谱）、Raman光谱等表征技术，结合Judd-Ofelt理论计算和Urbach能量分析，首次揭示了Eu³⁺
浓度对玻璃网络结构共价/离子键特性的调控规律。相关成果发表于《Journal of Luminescence》。

关键技术方法包括：1）熔融淬冷法制备三重掺杂玻璃；2）XRD验证非晶态结构；3）ATR-FTIR和Raman光谱解析磷酸盐网络变化；4）Tauc法计算直接/间接带隙；5）Judd-Ofelt理论计算辐射寿命和量子效率；6）Duffy方程定量分析键合特性。

【Composite-glass preparation】
通过精确控制原料配比和熔融温度（1100°C/2h），获得透明无裂纹样品。XRD证实所有样品均呈典型非晶态特征，Eu³⁺
掺杂未诱发结晶。

【Results and discussions】
ATR-FTIR显示随着Eu₂
O₃
增加，PO₄
^3-
的ν₁
振动峰（~1080 cm^-1
）蓝移，表明Eu³⁺
作为网络修饰体增加NBOs。Raman光谱中Q²
（链状PO₄
）向Q¹
（末端PO₄
）转化证实结构解聚。

光学测试显示Eu³⁺
特征发射（613 nm，⁵
D₀
→⁷
F₂
）强度在0.8 wt%时达到峰值，量子效率达68%。Judd-Ofelt参数Ω₂
从3.21×10^-20
cm²
（0.1 wt%）增至3.45×10^-20
cm²
（1.5 wt%），反映局域对称性降低。Duffy方程计算显示离子性指数从0.632（0 wt%）降至0.619（1.5 wt%），证实Eu-O键共价性增强。

【Conclusion】
研究证实0.8 wt% Eu₂
O₃
为最佳掺杂浓度，此时玻璃兼具高辐射效率（τ_rad
=2.28 ms）和适度共价性。通过建立Eu³⁺
浓度-键合特性-发光性能的定量关系，为设计高性能光子器件提供了新思路，特别适用于需要UV-vis能量转换的激光增益介质和光学传感器。