新型稀土掺杂氮氧化物发光材料的合成与光谱调控的研究

Rare-earth ion-doped oxynitride phosphors have attracted much attention and played an important role as phosphor-converted LEDs owing to their high emission efficiency and excellent thermal stability. In the present, the emission of rare-earth ion-doped oxynitride phosphors mainly occur in the blue-green region but rarely in the orange-red region, which limits its application for LED because orange-red emitting phosphors have been found to indispensable for white LEDs with high color rendering index. Thus, this project is looking for novel phosphors that can convert shortwave emission light into longwave light luminescence via element substitution or energy transfer in oxynitride. The content of research topic includs: investigation color-tunable emission via element substitution or energy transfer in the excellent oxynitride; development novel rare-earth ion co-doped tunable emission oxynitride phosphors; study their photoluminescence, energy transfer mechanism and luminescence efficiency by varying the synthesis condition and ion doped concentrations. This project works to extend the emission region of oxynitride phosphors, and further develop novel tunable color oxynitride with excellent chemical and independent intellectual property rights for LED application.

稀土掺杂氮氧化物荧光材料由于具有发光亮度高、性能稳定等优点在LED照明中有重要应用。目前，氮氧化物基荧光粉的发光波长主要集中在蓝-绿光区，在橙光及红光部分却极其缺乏, 这就限制了氮氧化物在LED领域的应用。本项目拟采用基质元素替代、离子共掺的方法，在氮氧化物中实现短波到长波段的转化，得到光谱可调适用于LED性能稳定的氮氧化物发光材料。具体的研究内容包括：在优良的氮氧化物发光材料进行离子取代或引入能量传递机制，实现光谱可调；开发新型稀土离子共掺可调控的氮氧化物荧光粉；系统研究材料的发光性质、能量传递动力学过程、发光效率随合成条件及浓度变化的规律。本项目旨在扩展氮氧化物的发光波段，设计出具有自主知识产权的性能稳定的光谱可调LED用荧光粉。

稀土掺杂氮氧化物荧光材料由于具有发光亮度高、性能稳定等优点在LED照明中有重要应用。本项目主要围绕稀土掺杂氮氧化物荧光材料的合成、氮氧化物光谱调控及在LED应用性能等方面的工作展开，取得了一系列成果具体包括：(1)利用高温固相法，合成了系列稀土掺杂的氮氧化物Sr0.55Si2O2N2:0.05Eu2+,0.2Re3+,0.2Li+ (Re= La, Gd, Y, Dy, Lu, and Sc)发光材料。在掺入以上稀土元素中，材料发光强度在加入Lu和Y元素后有明显增强。并且温度特性也有相应的改善。最终利用合成的SrSi2O2N2: Eu2+,Lu3+,Li+ 发光材料与Sr2Si2N8:Eu2+制作成色温是4732 K, 显色指数为91.2, 色坐标为 (0.35, 0.34)的白光LED。(2)开发出发光可调氮氧化物GdAl12O18N:Eu2+,Tb3+与Ca3Al8Si4O17N4:Ce3+/Tb3+/Eu2+荧光材料。对两种荧光材料的结构、能量传递与颜色可调特性进行了深入研究。利用能量传递，通过调控稀土离子间掺杂浓度的比例，可以调控氮氧化物发光颜色。（3）设计了多种新型发光材料。获得了合成简单、发光效率高、稳定性好的新型发光材料，明确了发光性质、发光效率随合成条件及浓度变化的规律。本项目执行期间共发表SCI研究论文18篇，包括Chem. Commun.、Inorg. Chem.、J. Mater. Chem. C.等国际著名期刊，授权发明专利2项。培养博士毕业生5名。