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超强激光科学卓越创新简报

(第一百十三期)

2020年6月22日

上海光机所在白光照明用红色荧光陶瓷研究方面取得重要进展

  近日,中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室周圣明研究员领衔的透明陶瓷课题组与上海理工大学合作,在白光照明用红色荧光陶瓷研究方面取得重要进展。相关成果发表于《欧洲陶瓷学会会刊》(Journal of the European Ceramic Society)。

  作为白光LED中最常用的波长转换材料,Ce: YAG黄色荧光粉可以高效地将InGaN芯片发射的蓝光转换为黄光,从而混合得到照明用白光。然而随着现代生活对照明质量要求的不断提高,Ce: YAG最大的问题在于其黄光峰值波长较短,混合白光中缺少红光成分,因此显色指数较低。与此同时,采用有机硅胶封装荧光粉的白光LED在大功率高亮度照明的发展趋势下,面临着热导率低、易老化、色点偏移等问题。因此,对全无机封装的红色荧光材料开发是近几年学界和行业关注的焦点问题。

  在该项研究中,研究团队首次制备了ZrO2作为第二相的Ce:YAG陶瓷,发现Ce3+的发射波长随ZrO2的引入由540nm大幅红移至570~610 nm。不同于常见的大稀土离子(相较于Y3+)掺杂和M2+-N4+(如Mg2+-Si4+等)双离子掺杂替代而使Ce3+发射红移,ZrO2-Ce: YAG中发射红移被归因于Zr4+在高温真空环境下的还原成的Zr3+占据Y3+位后在晶格中形成氧空位缺陷,从而使Ce3+离子激发电子发生5d→氧空位能级的非辐射跃迁,导致最终发射波长的红移。此发现为基于Ce: YAG体系的全无机红色荧光材料研究提供了一种重要的新思路。

  该项工作得到中科院国际合作项目和上海市科委创新项目的支持。(微纳光电子功能材料实验室供稿)

  

图1 ZrO2-Ce: YAG退火前后的激发发射谱及荧光衰减曲线

图2 ZrO2-Ce: YAG中CeO8的晶格环境及位形坐标

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