廈大解榮軍教授Chem. Mater.: 通過減少發光猝滅中心實現高發光效率的β-Sialon:Eu2+綠色窄帶熒光粉

【引言】

β-Sialon:Eu²⁺憑借其較窄的半峰寬和優異的穩定性被公認為是制造廣色域LED背光源最合適的綠色熒光粉材料之一，倍受學術界和產業界的青睞和關注。由于基質晶體結構的特殊性，發光中心Eu在β-Sialon晶格中只能占據間隙位，導致有效發光中心Eu²⁺摻雜濃度低且部分Eu以發光猝滅中心Eu³⁺的形式存在。因此，高發光效率β-Sialon:Eu²⁺綠粉的制備極具挑戰。

【成果簡介】

近日，廈門大學李淑星博士(第一作者)、解榮軍教授、中國計量大學王樂教授(共同通訊作者)等人在Chem. Mater.發表了題為“Achieving high quantum efficiency narrow-band β-Sialon:Eu²⁺ phosphors for high-brightness LCD backlights by reducing the Eu³⁺ luminescence killer”的研究論文，報道了通過消除熒光顆粒表面的發光猝滅中心Eu³⁺實現高量子效率β-Sialon:Eu²⁺綠粉的最新研究成果。研究團隊通過將預燒結體在N₂-H₂還原性氣氛中長時間退火，消除了顆粒表面的Eu³⁺，同時增加了顆粒內部的Eu²⁺，使其內量子效率從52.2%提高至96.5%。將處理后的β-Sialon:Eu²⁺綠粉和商用的紅粉配合封裝得到流明效率達136 lm/W的LED背光源，相比于初始粉體(111 lm/W)提高了22.5%。該項研究不僅對高亮度、低能耗LED背光源產業起到推動作用，其研究方法對于多價態共存(如 Ce³⁺/Ce⁴⁺; Yb²⁺/Yb³⁺)的其他熒光材料的效率提升有很好的啟發意義。

【圖文導讀】

圖1 β-Sialon:Eu²⁺處理前后的光學性能表征

(a)激發和發射光譜；

(b)實物圖和量子效率；

(c)熱猝滅性能；

(d)發射光譜隨溫度的變化。

圖2 處理前后β-Sialon:Eu²⁺顆粒內Eu/O含量變化

(a-b)β-Sialon:Eu²⁺粉體處理前、后的截面；

(c)顆粒截面Eu/O的元素線掃描結果。

圖3 β-Sialon:Eu²⁺處理前后Eu價態的變化

圖4 處理前后β-Sialon:Eu²⁺顆粒表面Eu價態的變化

(a-d)分別為顆粒表面Eu 3d(a, c)和Eu 4d(b, d)的變化；

(e-f)分別為β-Sialon:Eu²⁺粉體處理前、后Eu的分布示意圖。

圖5 熱處理過程的反應機理示意圖

【小結】

本文報道了一種顯著提高β-Sialon:Eu²⁺綠粉量子效率的熱處理方法。通過在還原氣氛中長時間退火，熒光顆粒的發光強度提高2.3倍，量子效率從52.2%提高至96.5%。化學分析表明熒光粉發光性能提升主要歸因于：(1)表面Eu³⁺被還原為Eu²⁺；(2) 還原后更多Eu²⁺進入晶格。本工作的結果為高流明效率、高亮度LED背光源的獲得提供了優異的窄帶綠粉。

【通訊作者及研究團隊簡介】

解榮軍，廈門大學材料學院教授，中組部第九批千人計劃(創新類)專家，氮化物熒光粉專家，廈門大學材料學院能量轉換材料與器件研究團隊帶頭人。解榮軍教授首創了“單顆粒診斷技術”開發新型氮化物發光材料，并在超高顯色白光LED照明器件、廣色域液晶背光源、大功率激光照明等應用領域做出了國際領先的研究成果。發表SCI論文210余篇，他引超過8000余次，H因子44，出版專著5部，榮獲5項研究成果獎項。

研究團隊目前承擔科技部重點研發計劃“戰略性先進電子材料”重點專項子課題1項、主持國家自然科學基金委國際（地區）合作與交流項目1項、面上基金項目2項，青年科學基金項目2項。主要研究方向：(1)單顆粒診斷法開發新型氮化物熒光粉及其發光性能研究；(2)氮化物熒光粉“構效關系”研究及其光譜調控；(3)基于氮化物熒光粉的白光LED照明及LCD背光源器件開發；(4)激光照明用熒光陶瓷、熒光陶瓷膜研發；(5)鈣鈦礦量子點及MOFs的發光性能及器件；(6)長余輝發光材料及其應用研究。

論文第一作者李淑星博士為2017年“博士后創新人才支持計劃”入選者。

文獻鏈接:?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)

本文由廈門大學解榮軍教授課題組供稿。

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