层状氧化物低维结构及组成调控的发光衰减行为及其作用机制研究

Alternating current driven light-emitting diodes (AC LEDs) are compatible with the traditional power supply pattern, it not only saves the space and produce cost of converter for alternating current to direct current, but can also solve the problems of short lifetime and high energy loss of LED lamps due to the use of the converter. Thus, it has an extensive prospect in the areas such as illumination and displays. However, the problem of the flickering luminescence is the key topic for the application of AC LEDs. A suitable decay time of luminescence materials can overcome this problem, but at present the systematic study and the efficient controlling methods which focus on the decay behavior of luminescence materials are lacking. Based on the problem, this project will study the luminescence characteristics, the mechanism and approach of energy transfer of the activator Mn2+ as represent in the layered oxides such as melilite and perovskite type compounds, reveal the connection between the compositions of polyhedron in-layered, the distance between the layers, the type of defects and decay time, clarify the essential physical mechanism of controlling decay time in layered oxides. After then, we will summarize the effective synthesis method and the characteristics of structure and compositions of the layered oxides with the decay time between 10 and 20 ms, and propose the effective way to control the decay time. The study will supply scientific guidelines to explore novel luminescence materials with high quantity for AC LEDs.

交流LED兼容传统供电模式，不仅节省了交直流转换器所需的空间和生产成本，还从根本上解决LED灯具因转换器使用所带来的短寿命和高能耗问题，在照明和显示领域中具有广阔的应用前景，但频闪问题成为交流LED发展的技术瓶颈与难点。发光材料适当的衰减时间可消除频闪问题，然而，目前对发光材料的衰减行为缺乏系统研究和有效控制方法。本项目通过材料基质-发光中心组合方式的设计、晶体结构及组份的认识、合成方法的探索，系统研究Mn2+为代表的发光中心在黄长石、钙钛矿型等层状化合物低维晶体结构调控下的发光行为和能量传递途径与传递机制，揭示层内多面体组成、层间距、内部缺陷结构和衰减寿命之间的相互关系，阐明层状化合物调控衰减时间的内在物理机制，总结出衰减时间在10~20 ms的层状氧化物发光材料结构组成特征和有效的合成方法，并提出实现控制衰减时间的有效途径，这些研究将为新型交流LED用高品质发光材料的开发提供科学依据。

交流LED在照明和显示领域中具有广阔的应用前景。然而，传统直流LED荧光粉无法用来解决交流LED的问题，因此，在新型交流LED用发光材料的设计上，缺少可参考的实验数据和系统的理论。针对交流LED发展中的这一特点，本项目对荧光粉的设计和性能参数进行新的思考。通过选取几组具有典型晶体结构特点的基质化合物为研究对象，揭示了其发光效率、荧光衰减等制约交流LED应用的荧光行为与晶体结构和组成间的关系，系统开展相关基础研究。一是对高效发光及高效能量传递原因进行探索。通过不同晶体结构的荧光材料的制备及其荧光性能的研究，表明发光中心的局域环境在高效发光物理中发挥重要作用，并通过研究几种不同多面体链接形式的锡酸盐荧光材料中的能量传递效率，阐明材料的空间链接方式对能量传递效率起到重要影响。二是对荧光寿命的影响因素进行探索。研究不同浓度发光中心对荧光寿命的以及对比分析了同一发光中心浓度在三种不同基质组分发光材料中的荧光行为，结果表明，发光中心浓度和在基质中的格位环境是影响荧光寿命的关键因素。同时，获取了几种新型高品质发光材料。. 在本项目的资助下，共发表SCI论文10篇，参加相关学术会议多次，帮助培养研究生多名，圆满完成项目当初设定目标。