中科院宁波材料所:LED用稀土发光材料研究获进展

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发表于 2017-12-27 11:29:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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LED固态照明器件具有高效、节能、环保等优点,经过十多年发展已基本取代传统白炽灯、荧光灯而成为新一代照明光源。荧光粉具有波长转换功能,在决定LED白光性能如显色指数、色温、效率等方面起着重要作用,是LED照明器件的关键材料之一,研发效率高和热稳定性较好的荧光粉一直是人们追求的目标。

宁波材料所所属二级所先进制造所的光电功能材料与器件团队研发出一种新型Ba9Lu2Si6O24:Ce3+硅酸盐青色荧光粉;在160℃时,其荧光量子效率可维持室温的94%,表现出良好的热稳定性。该研究获国 家发明专利一项(ZL201410545720.6),相关结果发表于Advanced Optical Materials(2015, 3(8), 1096-1101,入选封面文章)。

随后,该团队围绕Ba9Lu2Si6O24材料,利用Tb3+Tb3+量子剪裁和共振能量传递效应,获得了一种发光效率高达144%的绿色荧光粉,实现了可见光量子剪裁(J. Phys. Chem. C 2016, 120, 2362-2370);首次观察到Eu2+的异常红光发射,采用低温光谱手段追溯到了红光来源(Inorg. Chem. 2016, 55, 8628-8635);在此基础上,通过Ce3+Eu2+Mn2+共掺获得了单一白光。获国 家发明专利一项(ZL201510780416.4),相关基础研究结果发表于J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24558-24563;Materials Research Bulletin 2016, 80, 288-294。

近期,该团队通过理论和实验相结合,在Ba9Lu2Si6O24基青色荧光粉发光性能调控方面开展了系统研究。通过工艺优化,荧光内量子效率提升至90%,85℃/85%RH条件老化1600小时以上的光衰小于10%。仅采用该青色荧光粉与红粉复合,即可在NUV芯片上获得显色指数90以上的白光。基于对Ba9Lu2Si6O24第一性原理电子结构计算和理解,结合光谱学的实验表征手段,该团队提出一种计算宽带隙无机非金属材料基体带隙的方法,并揭示了材料发光的热稳定性机理,除了热和声子相互作用可引起发光猝灭外,由热引起的材料吸收率下降是导致发光材料热猝灭的另一个原因。相关结果发表于J. Mater. Chem. C(2017, 5, 12365-12377,入选封面和热点文章)。

团队还将Gd3Al2Ga3O12Ce3+黄色余辉荧光粉稳态荧光内量子效率提升至82%,这为解决交流LED频闪问题提供了一种具有潜在价值的稀土发光材料。相关内容申请国 家发明专利2项(2016112538620, 2016112538762),部分研究结果发表于Chem. Commun.(2017, 53, 10636-10639)并入选该期刊封底文章。

以上工作获伦敦布鲁内尔大学Jack Silver教授、中科院长春光机所张家骅研究员、日本国立材料研究所/厦门大学解荣军研究员、工信部广州电子五所徐华伟的支持,并获国 家自然科学基金(NSFC11404351)、浙江省公益技术基金(LGG18E020007)、宁波市自然科学基金(2014A610122,2017A610001)的资助。

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图1 相应期刊封面



图2 Ba9Lu2Si6O24:Ce3+青色荧光粉与红粉制备的近紫外基白光LED器件性能

图3 Gd3Al2Ga3O12Ce3+黄色余辉荧光粉发光照明及余辉光谱




来源:中国科学院宁波工业技术研究院(筹)官网


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