LED固態(tài)照明器件具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，經(jīng)過十多年發(fā)展已基本取代傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈而成為新一代照明光源。熒光粉具有波長轉換功能，在決定LED白光性能如顯色指數(shù)、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，研發(fā)效率高和熱穩(wěn)定性較好的熒光粉一直是人們追求的目標。

寧波材料所所屬二級所先進制造所的光電功能材料與器件團隊研發(fā)出一種新型Ba₉Lu₂Si₆O₂₄:Ce³⁺硅酸鹽青色熒光粉；在160℃時，其熒光量子效率可維持室溫的94%，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。該研究獲國家發(fā)明專利一項（ZL201410545720.6），相關結果發(fā)表于Advanced Optical Materials（2015, 3(8), 1096-1101，入選封面文章）。

隨后，該團隊圍繞Ba₉Lu₂Si₆O₂₄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(fā)光效率高達144%的綠色熒光粉，實現(xiàn)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(fā)射，采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(fā)明專利一項（ZL201510780416.4），相關基礎研究結果發(fā)表于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基青色熒光粉發(fā)光性能調控方面開展了系統(tǒng)研究。通過工藝優(yōu)化，熒光內量子效率提升至90%，85℃/85%RH條件老化1600小時以上的光衰小于10%。僅采用該青色熒光粉與紅粉復合，即可在NUV芯片上獲得顯色指數(shù)90以上的白光?；趯?span>Ba₉Lu₂Si₆O₂₄第一性原理電子結構計算和理解，結合光譜學的實驗表征手段，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，并揭示了材料發(fā)光的熱穩(wěn)定性機理，除了熱和聲子相互作用可引起發(fā)光猝滅外，由熱引起的材料吸收率下降是導致發(fā)光材料熱猝滅的另一個原因。相關結果發(fā)表于J. Mater. Chem. C（2017, 5, 12365-12377，入選封面和熱點文章）。

團隊還將Gd₃Al₂Ga₃O₁₂：Ce^3＋黃色余輝熒光粉穩(wěn)態(tài)熒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(fā)光材料。相關內容申請國家發(fā)明專利2項（2016112538620, 2016112538762），部分研究結果發(fā)表于Chem. Commun.（2017, 53, 10636-10639）并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，并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 Ba₉Lu₂Si₆O₂₄:Ce³⁺青色熒光粉與紅粉制備的近紫外基白光LED器件性能

圖3 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂：Ce^3＋黃色余輝熒光粉發(fā)光照明及余輝光譜

來源：中國科學院寧波工業(yè)技術研究院(籌)官網(wǎng)