厦大解荣军教授Chem. Mater.: 通过减少发光猝灭中心实现高发光效率的β-Sialon:Eu2+绿色窄带荧光粉


【引言】

β-Sialon:Eu2+凭借其较窄的半峰宽和优异的稳定性被公认为是制造广色域LED背光源最合适的绿色荧光粉材料之一,倍受学术界和产业界的青睐和关注。由于基质晶体结构的特殊性,发光中心Eu在β-Sialon晶格中只能占据间隙位,导致有效发光中心Eu2+掺杂浓度低且部分Eu以发光猝灭中心Eu3+的形式存在。因此,高发光效率β-Sialon:Eu2+绿粉的制备极具挑战。

【成果简介】

近日,厦门大学李淑星博士(第一作者)、解荣军教授、中国计量大学王乐教授(共同通讯作者)等人在Chem. Mater.发表了题为“Achieving high quantum efficiency narrow-band β-Sialon:Eu2+ phosphors for high-brightness LCD backlights by reducing the Eu3+ luminescence killer”的研究论文,报道了通过消除荧光颗粒表面的发光猝灭中心Eu3+实现高量子效率β-Sialon:Eu2+绿粉的最新研究成果。研究团队通过将预烧结体在N2-H2还原性气氛中长时间退火,消除了颗粒表面的Eu3+,同时增加了颗粒内部的Eu2+,使其内量子效率从52.2%提高至96.5%。将处理后的β-Sialon:Eu2+绿粉和商用的红粉配合封装得到流明效率达136 lm/W的LED背光源,相比于初始粉体(111 lm/W)提高了22.5%。该项研究不仅对高亮度、低能耗LED背光源产业起到推动作用,其研究方法对于多价态共存(如 Ce3+/Ce4+; Yb2+/Yb3+)的其他荧光材料的效率提升有很好的启发意义。

【图文导读】

1 β-Sialon:Eu2+处理前后的光学性能表征

(a)激发和发射光谱;

(b)实物图和量子效率;

(c)热猝灭性能;

(d)发射光谱随温度的变化。

2 处理前后β-Sialon:Eu2+颗粒内Eu/O含量变化

(a-b)β-Sialon:Eu2+粉体处理前、后的截面;

(c)颗粒截面Eu/O的元素线扫描结果。

3 β-Sialon:Eu2+处理前后Eu价态的变化

4 处理前后β-Sialon:Eu2+颗粒表面Eu价态的变化

(a-d)分别为颗粒表面Eu 3d(a, c)和Eu 4d(b, d)的变化;

(e-f)分别为β-Sialon:Eu2+粉体处理前、后Eu的分布示意图。

5 热处理过程的反应机理示意图

【小结】

本文报道了一种显著提高β-Sialon:Eu2+绿粉量子效率的热处理方法。通过在还原气氛中长时间退火,荧光颗粒的发光强度提高2.3倍,量子效率从52.2%提高至96.5%。化学分析表明荧光粉发光性能提升主要归因于:(1)表面Eu3+被还原为Eu2+;(2) 还原后更多Eu2+进入晶格。本工作的结果为高流明效率、高亮度LED背光源的获得提供了优异的窄带绿粉。

【通讯作者及研究团队简介】

解荣军,厦门大学材料学院教授中组部第九批千人计划(创新类)专家,氮化物荧光粉专家,厦门大学材料学院能量转换材料与器件研究团队带头人。解荣军教授首创了“单颗粒诊断技术”开发新型氮化物发光材料,并在超高显色白光LED照明器件、广色域液晶背光源、大功率激光照明等应用领域做出了国际领先的研究成果。发表SCI论文210余篇,他引超过8000余次,H因子44,出版专著5部,荣获5项研究成果奖项。

研究团队目前承担科技部重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项子课题1项、主持国家自然科学基金委国际(地区)合作与交流项目1项、面上基金项目2项,青年科学基金项目2项。主要研究方向:(1)单颗粒诊断法开发新型氮化物荧光粉及其发光性能研究;(2)氮化物荧光粉“构效关系”研究及其光谱调控;(3)基于氮化物荧光粉的白光LED照明及LCD背光源器件开发;(4)激光照明用荧光陶瓷、荧光陶瓷膜研发;(5)钙钛矿量子点及MOFs的发光性能及器件;(6)长余辉发光材料及其应用研究。

论文第一作者李淑星博士为2017年“博士后创新人才支持计划”入选者。

文献链接: Achieving high quantum efficiency narrow-band β-Sialon:Eu2+ phosphors for high-brightness LCD backlights by reducing the Eu3+ luminescence killer (Chem. Mater., 2017,DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b04605)

本文由厦门大学解荣军教授课题组供稿。

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