合肥工业大学在LED氮化物荧光粉发光热稳定研究领域取得新进展

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近日，合肥工业大学材料科学与工程学院陈雷和蒋阳教授课题组，通过研究LED氮化物红色荧光粉的晶体结构、电子结构，成功揭示了其发光热猝灭机理，并为探索改善氮化物LED红色荧光粉发光热稳定性指明了方向。其相关成果刊登于全球无机固体化学与材料领域期刊：美国化学会Chemistry of Materials (Chem. Mater. 2016, 28, 5505. IF=9.407)。
LED被称为第四代光源，因其电光转化效率高、寿命长、节能、环保、安全等优点被广泛应用于各种照明领域。然而，由于LED荧光粉材料本身存在的热猝灭效应，且其机理尚未探明，在运行过程中随温度升高而产生的发光效率下降、颜色漂移等现象仍不能避免。
据介绍，由于热猝灭效应的存在，LED比其他类型光源对荧光材料热稳定性要求更高。红色荧光粉不仅能够白光LED降低色温，而且能够提高显色指数，是白光LED关键原材料之一。氮化物因其材料强度大、刚度高，具有强烈抵御热冲击和热损伤的能力，近年来被开发用作荧光粉功能材料，其中氮化物CaAlSiN3:Eu2+被证实是目前最好的LED红色荧光粉，但保持热稳定性依然是其面临的巨大挑战。
本项研究通过低温光谱技术证实，氮化物LED红色荧光粉电子在激发的态分布随铕离子浓度与温度发生变化；利用EXAFS（扩展X射线吸收精细结构谱）证实在氮化物LED红色荧光粉中Eu-N键的局域键长随铕离子浓度增大发生异常膨胀(其膨胀率远高于体积膨胀率)；通过理论计算预测费米能级随铕离子浓度增大逐渐向导带底移动，并在实验上利用价带谱技术予以证实。该研究提出，电子热离域是氮化物LED红色荧光粉发生热猝灭的本征机制，并利用红外热成像技术给出电子热离域的直接证据。
这一研究成果为推进我国LED红色荧光粉产品性能指标赶超国际水平，提升我国LED照明与显示产品的国际竞争力提供了理论与技术基础。
该项研究得到国家“863”计划支持，由合肥工业大学联合中科院上海应用物理所暨上海光源、中国科学技术大学暨国家同步辐射实验室和国家微尺度实验室、中国计量大学、北京有色院暨北京有研稀土、德豪润达等多家单位合作研究。该论文工作还得到了国家自然科学基金大科学装置联合基金、安徽省科技攻关、中国博士后科学基金特别资助、北京分子国家实验室开放基金等资助。

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