宁波材料所LED用稀土发光材料研究获进展

中科院宁波材料所的光电功能材料与器件团队，研发出一种新型LED用稀土发光材料--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，相关结果发表于Advanced Optical Materials（2015, 3(8), 1096-1101，入选封面文章）。

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。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）。

此外，该团队将Gd3Al2Ga3O12：Ce3＋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高工的支持，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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