福建物構所廣色域顯示用高抗溼性能氟化物紅光螢光粉研究獲進展

　　白光LED由於其節能、環保以及長壽命等優點被廣泛應用於照明和液晶顯示領域。特別的，就液晶顯示背光源而言，其要求發光材料（藍、綠、紅）具有儘可能窄的發射帶寬和合適的發射波長，從而獲得高的色純度及廣的色域範圍（>92% NTSC），而目前商用的氮化物紅色螢光粉難以滿足這一要求。近些年，Mn⁴⁺離子摻雜的氟化物螢光粉由於其能被藍光有效激發、高發光效率以及~630 nm的尖銳譜線發射（帶寬<7 nm）等優勢而受到廣泛關注，在廣色域液晶顯示領域具有很好的應用前景。但是，該類材料的抗溼性能普遍較差，這主要是因為材料表面的Mn⁴⁺離子易與空氣中的水分發生水解反應，導致材料劣化，影響最終LED器件的壽命，這也成為阻礙其商業化應用的最大挑戰。

　　在中國科學院戰略性先導科技專項、中科院創新國際團隊、中科院青促會以及海西研究院春苗計劃等支持下，中科院福建物質結構研究所功能納米結構設計與組裝重點實驗室朱浩淼研究小組與陳學元研究小組合作，巧妙地利用一種快速的反向離子交換法對K₂TiF₆:Mn⁴⁺材料表面進行處理，成功製備出具有核殼結構的K₂TiF₆:Mn⁴⁺@K₂TiF₆紅光螢光粉。該材料表面形成的惰性K₂TiF₆殼層不僅能通過阻擋內層的Mn⁴⁺離子與水的接觸來提高抗溼性能，還能有效阻斷激發態能量向表面晶格缺陷遷移的通道，從而達到提高發光效率的目的。研究結果表明，進行反向離子交換處理後，材料（摻雜濃度7 at.%樣品）的發光效率由75%提高到93%；在85^oC/85%溼度老化480 h後，材料的發光強度保持率由45%提高到89%，表明材料的抗溼性能得到了大幅提升。利用K₂TiF₆:Mn⁴⁺@K₂TiF₆紅色螢光粉與YAG:Ce³⁺黃色螢光粉封裝的暖白光LED器件在60 mA驅動電流條件下，色溫3510 K，顯色指數R_a = 93，流明效率高達162 lm W^-1，為目前文獻報導的最高值。

　　研究團隊所開發的反向離子交換法工藝快速簡單，在室溫和常壓下即可進行，可同時提高材料的發光效率和抗溼性能。上述工作於2018年12月11日在線發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201813363)，並被選為Hot Paper。該論文的第一作者為助理研究員黃得財，LED器件封裝和測試工作由福建物構所郭旺研究小組協作完成。

　　此前，研究團隊首次利用高效離子交換法製備了高發光效率Mn⁴⁺摻雜K₂TiF₆螢光粉（Nat. Commun. 2014, 5, 4312），引起了國內外業界高度關注及Mn⁴⁺基氟化物LED螢光粉研究熱潮，該工作入選2014年度中國光學重要成果。相關工作申請4件中國發明專利，其中已授權2件。此前，團隊還利用甲醇作為沉澱劑，在室溫下用共沉澱法合成了K₂NaAlF₆:Mn⁴⁺紅色螢光粉，並對其低溫光譜學展開了系統的研究，揭示了Mn⁴⁺離子在基質晶體中的格位佔據及局域對稱性等關鍵信息（J. Mater. Chem. C 2018, 8, 2069-2076）。

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反向離子交換法製備發光效率高抗溼性良好的K₂TiF₆:Mn⁴⁺@K₂TiF₆紅光螢光粉 

　　白光LED由於其節能、環保以及長壽命等優點被廣泛應用於照明和液晶顯示領域。特別的，就液晶顯示背光源而言，其要求發光材料（藍、綠、紅）具有儘可能窄的發射帶寬和合適的發射波長，從而獲得高的色純度及廣的色域範圍（>92% NTSC），而目前商用的氮化物紅色螢光粉難以滿足這一要求。近些年，Mn4+離子摻雜的氟化物螢光粉由於其能被藍光有效激發、高發光效率以及~630 nm的尖銳譜線發射（帶寬<7 nm）等優勢而受到廣泛關注，在廣色域液晶顯示領域具有很好的應用前景。但是，該類材料的抗溼性能普遍較差，這主要是因為材料表面的Mn4+離子易與空氣中的水分發生水解反應，導致材料劣化，影響最終LED器件的壽命，這也成為阻礙其商業化應用的最大挑戰。
　　在中國科學院戰略性先導科技專項、中科院創新國際團隊、中科院青促會以及海西研究院春苗計劃等支持下，中科院福建物質結構研究所功能納米結構設計與組裝重點實驗室朱浩淼研究小組與陳學元研究小組合作，巧妙地利用一種快速的反向離子交換法對K2TiF6:Mn4+材料表面進行處理，成功製備出具有核殼結構的K2TiF6:Mn4+@K2TiF6紅光螢光粉。該材料表面形成的惰性K2TiF6殼層不僅能通過阻擋內層的Mn4+離子與水的接觸來提高抗溼性能，還能有效阻斷激發態能量向表面晶格缺陷遷移的通道，從而達到提高發光效率的目的。研究結果表明，進行反向離子交換處理後，材料（摻雜濃度7 at.%樣品）的發光效率由75%提高到93%；在85oC/85%溼度老化480 h後，材料的發光強度保持率由45%提高到89%，表明材料的抗溼性能得到了大幅提升。利用K2TiF6:Mn4+@K2TiF6紅色螢光粉與YAG:Ce3+黃色螢光粉封裝的暖白光LED器件在60 mA驅動電流條件下，色溫3510 K，顯色指數Ra = 93，流明效率高達162 lm W-1，為目前文獻報導的最高值。
　　研究團隊所開發的反向離子交換法工藝快速簡單，在室溫和常壓下即可進行，可同時提高材料的發光效率和抗溼性能。上述工作於2018年12月11日在線發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201813363)，並被選為Hot Paper。該論文的第一作者為助理研究員黃得財，LED器件封裝和測試工作由福建物構所郭旺研究小組協作完成。
　　此前，研究團隊首次利用高效離子交換法製備了高發光效率Mn4+摻雜K2TiF6螢光粉（Nat. Commun. 2014, 5, 4312），引起了國內外業界高度關注及Mn4+基氟化物LED螢光粉研究熱潮，該工作入選2014年度中國光學重要成果。相關工作申請4件中國發明專利，其中已授權2件。此前，團隊還利用甲醇作為沉澱劑，在室溫下用共沉澱法合成了K2NaAlF6:Mn4+紅色螢光粉，並對其低溫光譜學展開了系統的研究，揭示了Mn4+離子在基質晶體中的格位佔據及局域對稱性等關鍵信息（J. Mater. Chem. C 2018, 8, 2069-2076）。
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反向離子交換法製備發光效率高抗溼性良好的K2TiF6:Mn4+@K2TiF6紅光螢光粉