材料与能源学院朱静教授发光材料应用技术研究团队在激活型荧光材料研究中取得进展
日期：
2024-10-17
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91
近日，材料与能源学院朱静教授团队在国际知名期刊Advanced Materials期刊上发表了题为“Absolutely Structural Disorder Boosting Bandwidth toward Full-Spectrum White Light from Single Occupancy of Activator”的研究论文（https://doi.org/10.1002/adma.202412099），设计合成了一种具有优异光色稳定性的新型单相全谱白光荧光材料。云南大学材料与能源学院师资博士后张宏志为论文第一作者，朱静教授与胡万彪研究员为通讯作者。激活型荧光材料在节能照明显示、植物生长补光、光伏新能源、动静态多重防伪、指纹识别、非侵入式检测、夜视、生物成像、虚拟现实/增强现实、遥感和光通讯等领域具有重要应用价值，是发光领域及相关行业的关注热点之一。单相全谱白光荧光材料能够简化白光LED的封装过程，并避免了器件在长期运行时的颜色不稳定，在固态照明领域引发巨大变革。尽管已有多种途径实现这一目标，但现有的单相全谱白光荧光材料仍主要基于多个发光中心。由于不同离子种类、配位数和跃迁类型的差异，不同中心的热猝灭行为不同，导致以此类荧光材料为基础的白光LED在不同功率密度下产生色度漂移。因此，基于单一发射中心的全谱白光荧光材料对于构建高色彩稳定性的白光LED至关重要。单一发射中心的全谱白光荧光材料的构筑需要激活剂在占据单一晶体学位点时产生覆盖整个可见光区域的超宽带发光，这是一项巨大挑战。团队基于前期固态照明用多色荧光材料的研究基础上（Chem. Eng. J. 2024, 490, 151727, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151727），提出结构完全无序化策略，以获得基于单一发射中心的全谱白光荧光材料。通过精确控制助熔剂添加量，成功在Y-Ta-O体系中实现从绝对有序到绝对无序的结构转变，并通过STEM-HAADF分析直观展示了这一转变。结构无序使得Y0.785Ta0.215O1.715:Bi3+在Bi3+仅占据单一格位时产生半高宽达6194 cm-1（175 nm）的全谱白光。基于激活剂的单格位占据，配合晶格的近零热膨胀以及激发、发射光谱的近无重叠，荧光材料在升温时几乎未产生色度漂移。采用Y0.785Ta0.215O1.715:Bi3+作为单一发光层封装白光LED，其在不同电流和极长工作时间下，仍未产生显著的CIE坐标漂移。该研究表明了结构完全无序化在设计具有卓越颜色稳定性的全谱白光荧光材料中的巨大潜力。该工作也获授权国家发明专利1件（专利号：ZL202211650272.7）。此外，朱静教授团队先后与福州大学黄淑萍教授、福建农林大学谢知副教授合作开发了面向植物生长照明与近红外无损探测应用的高性能荧光材料。通过调控局域对称性至扭曲立方反棱柱构型，开发具有强烈深红光出射的Eu3+激活荧光材料，解决了Eu3+窄带发光调控难题，该类材料对植物生长具有显著的促进效果，上述工作近期发表于光学领域国际权威期刊Laser Photonics Rev. 2024, 2400463（https://doi.org/10.1002/lpor.202400463）和Laser Photonics Rev. 2024, 2400843（https://doi.org/10.1002/lpor.202400843）。研究开发的石榴石型Y3Sc2Al3O12:Cr3+荧光材料可实现高效的宽带近红外发射。由该材料封装的近红外 LED 器件在夜视、无损检测等多功能应用中均展现出一定应用潜力，上述工作近期发表于光学领域国际权威期刊Adv. Opt. Mater. 2024, 12, 2302391（https://doi.org/10.1002/adom.202302391）。
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