中科院寧波材料所：LED用稀土發(fā)光材料研究獲進(jìn)展

　　LED固態(tài)照明器件具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，經(jīng)過十多年發(fā)展已基本取代傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈而成為新一代照明光源。熒光粉具有波長轉(zhuǎn)換功能，在決定LED白光性能如顯色指數(shù)、色溫、效率等方面起著重要作用，是LED照明器件的關(guān)鍵材料之一，研發(fā)效率高和熱穩(wěn)定性較好的熒光粉一直是人們追求的目標(biāo)。

　　寧波材料所所屬二級所先進(jìn)制造所的光電功能材料與器件團(tuán)隊研發(fā)出一種新型Ba₉Lu₂Si₆O₂₄:Ce³⁺硅酸鹽青色熒光粉;在160℃時，其熒光量子效率可維持室溫的94%，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。該研究獲國家發(fā)明專利一項(ZL201410545720.6)，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Advanced Optical Materials(2015, 3(8), 1096-1101，入選封面文章)。

　　隨后，該團(tuán)隊圍繞Ba₉Lu₂Si₆O₂₄材料，利用Tb³⁺-Tb³⁺量子剪裁和共振能量傳遞效應(yīng)，獲得了一種發(fā)光效率高達(dá)144%的綠色熒光粉，實現(xiàn)了可見光量子剪裁(J. Phys. Chem. C 2016, 120, 2362-2370);首次觀察到Eu²⁺的異常紅光發(fā)射，采用低溫光譜手段追溯到了紅光來源(Inorg. Chem. 2016, 55, 8628-8635);在此基礎(chǔ)上，通過Ce³⁺/Eu²⁺/Mn²⁺共摻獲得了單一白光。獲國家發(fā)明專利一項(ZL201510780416.4)，相關(guān)基礎(chǔ)研究結(jié)果發(fā)表于J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24558-24563;Materials Research Bulletin 2016, 80, 288-294。

　　近期，該團(tuán)隊通過理論和實驗相結(jié)合，在Ba9Lu2Si6O24基青色熒光粉發(fā)光性能調(diào)控方面開展了系統(tǒng)研究。通過工藝優(yōu)化，熒光內(nèi)量子效率提升至90%，85℃/85%RH條件老化1600小時以上的光衰小于10%。僅采用該青色熒光粉與紅粉復(fù)合，即可在NUV芯片上獲得顯色指數(shù)90以上的白光。基于對Ba₉Lu₂Si₆O₂₄第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算和理解，結(jié)合光譜學(xué)的實驗表征手段，該團(tuán)隊提出一種計算寬帶隙無機(jī)非金屬材料基體帶隙的方法，并揭示了材料發(fā)光的熱穩(wěn)定性機(jī)理，除了熱和聲子相互作用可引起發(fā)光猝滅外，由熱引起的材料吸收率下降是導(dǎo)致發(fā)光材料熱猝滅的另一個原因。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于J. Mater. Chem. C(2017, 5, 12365-12377，入選封面和熱點文章)。

　　團(tuán)隊還將Gd3Al2Ga3O12：Ce3+黃色余輝熒光粉穩(wěn)態(tài)熒光內(nèi)量子效率提升至82%，這為解決交流LED頻閃問題提供了一種具有潛在價值的稀土發(fā)光材料。相關(guān)內(nèi)容申請國家發(fā)明專利2項(2016112538620, 2016112538762)，部分研究結(jié)果發(fā)表于Chem. Commun.(2017, 53, 10636-10639)并入選該期刊封底文章。

　　以上工作獲倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)Jack Silver教授、中科院長春光機(jī)所張家驊研究員、日本國立材料研究所/廈門大學(xué)解榮軍研究員、工信部廣州電子五所徐華偉高工的支持，并獲國家自然科學(xué)基金(NSFC11404351)、浙江省公益技術(shù)基金(LGG18E020007)、寧波市自然科學(xué)基金(2014A610122，2017A610001)的資助?！　?/p>

　　圖1 相應(yīng)期刊封面　　

　　圖2 Ba₉Lu₂Si₆O₂₄:Ce³⁺青色熒光粉與紅粉制備的近紫外基白光LED器件性能　　

　　圖3 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂：Ce³⁺黃色余輝熒光粉發(fā)光照明及余輝光譜