中科院寧波材料所:LED用稀土發光材料研究獲進展

2021-03-01 石墨烯聯盟

　　寧波材料所所屬二級所先進位造所的光電功能材料與器件團隊研發出一種新型 Ba 9 Lu 2 Si 6 O 24 :Ce 3 矽酸鹽青色螢光粉；在160℃時，其螢光量子效率可維持室溫的94%，表現出良好的熱穩定性。該研究獲國家發明專利一項（ZL201410545720.6），相關結果發表於Advanced Optical Materials（2015, 3(8), 1096-1101，入選封面文章）。

　　隨後，該團隊圍繞 Ba 9 Lu 2 Si 6 O 24 材料，利用 Tb 3＋ － Tb 3＋ 量子剪裁和共振能量傳遞效應，獲得了一種發光效率高達144%的綠色螢光粉，實現了可見光量子剪裁（J. Phys. Chem. C 2016, 120, 2362-2370）；首次觀察到 Eu 2＋ 的異常紅光發射，採用低溫光譜手段追溯到了紅光來源（Inorg. Chem. 2016, 55, 8628-8635）；在此基礎上，通過 Ce 3＋ ／ Eu 2＋ ／ Mn 2＋ 共摻獲得了單一白光。獲國家發明專利一項（ZL201510780416.4），相關基礎研究結果發表於J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24558-24563；Materials Research Bulletin 2016, 80, 288-294。

　　近期，該團隊通過理論和實驗相結合，在 Ba 9 Lu 2 Si 6 O 24 基青色螢光粉發光性能調控方面開展了系統研究。通過工藝優化，螢光內量子效率提升至90%，85℃/85%RH條件老化1600小時以上的光衰小於10%。僅採用該青色螢光粉與紅粉複合，即可在NUV晶片上獲得顯色指數90以上的白光。基於對 Ba 9 Lu 2 Si 6 O 24 第一性原理電子結構計算和理解，結合光譜學的實驗表徵手段，該團隊提出一種計算寬帶隙無機非金屬材料基體帶隙的方法，並揭示了材料發光的熱穩定性機理，除了熱和聲子相互作用可引起發光猝滅外，由熱引起的材料吸收率下降是導致發光材料熱猝滅的另一個原因。相關結果發表於J. Mater. Chem. C（2017, 5, 12365-12377，入選封面和熱點文章）。

　　團隊還將 Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 ： Ce 3＋ 黃色餘輝螢光粉穩態螢光內量子效率提升至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光材料。相關內容申請國家發明專利2項（2016112538620, 2016112538762），部分研究結果發表於Chem. Commun.（2017, 53, 10636-10639）併入選該期刊封底文章。

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

圖1 相應期刊封面


圖2 Ba 9 Lu 2 Si 6 O 24 :Ce 3 青色螢光粉與紅粉製備的近紫外基白光LED器件性能

圖3 Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 ： Ce 3＋ 黃色餘輝螢光粉發光照明及餘輝光譜

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