寧波材料所LED用稀土發光材料研究獲進展

中科院寧波材料所的光電功能材料與器件團隊，研發出一種新型LED用稀土發光材料--Ba9Lu2Si6O24:Ce3+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，相關結果發表於Advanced Optical Materials（2015, 3(8), 1096-1101，入選封面文章）。

螢光粉具有波長轉換功能，在決定LED白光性能如顯色指數、色溫、效率等方面起著重要作用，是LED照明器件的關鍵材料之一。該團隊圍繞Ba9Lu2Si6O24材料，利用Tb3＋－Tb3＋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Eu2＋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Ce3＋／Eu2＋／Mn2＋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Ba9Lu2Si6O24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Ba9Lu2Si6O24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頻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）。

此外，該團隊將Gd3Al2Ga3O12：Ce3＋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）並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。

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