暖白光LED照明用Mn4+激活的氟化物红色荧光粉的合成及发光性能研究

Fluoride red phosphors doped with Mn4+ exhibit intense absorption band in blue region and intense sharp emission peaks in red region, which can find applications on blue LED chips. However, in order to synthesize high brightness phosphors, an excess of HF with toxicity and corrosivity is often employed during the preparation process. In consideration of safety and environmental protection, it is important to develop a new method to these red phosphors without HF. So we raise to develop fluoride red phosphors doped with Mn4+ for warm W-LEDs via a simple and facile method using acetic acid, methane acid or phosphoric acid to substitute HF. The research content consists of the following three parts: 1）To prepare efficient fluoride red phosphors by using acetic acid, methane acid or phosphoric acid to replace HF; 2）To investigate the dependence of host composition on the luminescent properties of these red phosphors, control Mn4+ content of red phosphors and obtain the red phosphors with high luminous efficiency; 3）To investigate the applications of the red phosphors on warm W-LEDs.

Mn4+激活的氟化物红色荧光粉由于其在蓝光区具有很强的宽带激发和很强的红光窄带发射，从而在蓝光LED芯片上具有广大的应用前景。然而有关此类红色荧光粉的制备仍然面临一个重要的问题亟需解决即：腐蚀性、有毒的HF用量大，易造成环境污染。故本项目提出引入新溶剂体系，以醋酸/甲酸/磷酸替代氢氟酸，解决现有的氟化物系列红色荧光粉制备过程中HF用量过大等问题，开发出性质稳定、制备工艺简单、廉价易得的蓝光LED芯片用Mn4+激活的氟化物高效红色荧光粉。主要研究内容：（1）采用液相法合成Mn4+激活的氟化物红色荧光粉，以醋酸/甲酸/磷酸替代腐蚀性的氢氟酸来调控体系的酸度，制备出高效的红色荧光粉；（2）通过对氟化物红色荧光粉发光性能的研究，揭示氟化物基质结构对Mn4+发光性能的影响关系，并且控制发光中心Mn4+的生成，从而达到调控荧光粉发光效率的目的；（3）氟化物红色荧光粉在暖白光LED上的应用研究。

Mn4+激活的氟化物红色荧光粉在蓝光LED芯片上具有广大的应用前景，但此类红色荧光粉的制备经常需要使用到腐蚀性、有毒的HF，易造成环境污染。故本项目提出引入新溶剂体系，以醋酸/磷酸/纯水替代氢氟酸，解决现有的氟化物系列红色荧光粉制备过程中HF用量过大等问题，开发出性质稳定、制备工艺简单、廉价易得的蓝光LED芯片用Mn4+激活的氟化物高效红色荧光粉。主要研究内容：（1）我们引入新的反应溶剂体系（如冰醋酸、磷酸、纯水等），通过改变反应温度、反应时间及反应原料等成功制备出一些Mn4+激活的氟化物红色荧光粉（如K2TiF6:Mn4+、K2SiF6:Mn4+等），并研究了它们的结构、形貌及发光性能。（2）我们开发出一系列新型Mn4+激活的氟化物及氟氧化合物红色荧光粉（如Rb2TiF6:Mn4+、Rb2HfF6:Mn4+、Cs2HfF6:Mn4+、Na3Li3Sc2F12:Mn4+、Rb2NbOF5:Mn4+），并对他们的结构、组成及发光性能进行了细致研究。通过对氟化物红色荧光粉发光性能的研究，揭示氟化物基质结构对Mn4+发光性能的影响关系。（3）将筛选出发光性能良好的红色荧光粉与商用YAG:Ce3+黄粉及环氧树脂混合涂敷在蓝光GaN芯片上制作成暖白光LED器件，并研究了它们的发光性能，为其实际应用打开良好的基础。（4）在室温条件下生长出一系列Mn4+掺杂的氟化物A2XF6:Mn4+ (A =Cs, Rb, K; X = Ge, Si, Ti)红色发光晶体，并探讨了它们的发光性能及应用前景。.本项目研究严格按照项目的计划进行。发表SCI收录论文22篇，其中ESI论文3篇；中文期刊论文1篇；获授权中国国家发明专利6项，PCT韩国发明专利1项。相关工作被Materials Views China作为亮点报道2018 年入选RSC材料类TOP 1%高被引中国作者，《Journal of Materials Chemistry C》杰出审稿人。参加国内学术会议6人次，邀请国内外12位专家做学术报告。指导7篇硕士论文，指导1篇云南省优秀硕士论文。目前指导在读硕士研究生10名。2018年组建云南省高校绿色化学材料重点实验室， 2019年组建云南省无机化学硕士研究生导师团队；2020年享受云南省政府特殊津贴专家。