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南京大學(xué)鄧正濤課題組在高效穩(wěn)定白光LED研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-03-10 來源:南京大學(xué)瀏覽次數(shù):346
藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)的發(fā)明,推動(dòng)了當(dāng)代照明和顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,被授予2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。享有“第四代照明光源”美譽(yù)的固體白光LED,與傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈和高壓氣體放電燈相比,具有光效高、節(jié)能環(huán)保、壽命超長和安全可靠等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是21世紀(jì)新一代的環(huán)保節(jié)能光源。然而,目前實(shí)現(xiàn)白光LED照明的主要途徑是利用藍(lán)光LED對(duì)稀土發(fā)光材料進(jìn)行熒光激發(fā),紅綠藍(lán)混光后產(chǎn)生白光。稀土發(fā)光材料具有5d-4f及4f-4f光譜特性,由于其光吸收截面小,摩爾消光系數(shù)小,在白光照明和顯示背光應(yīng)用中往往帶來“藍(lán)光溢出”的問題,造成廣大消費(fèi)者,特別是青少年的嚴(yán)重近視和眼底黃斑病變,這引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。
 
近年來,鉛鹵鈣鈦礦作為一種新型發(fā)光材料,擁有熒光光譜可調(diào)、半峰寬度窄、熒光量子產(chǎn)率高、缺陷容忍度高,及液相合成簡單低成本等特性,在太陽能電池、發(fā)光二極管和顯示器件等應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力。但其離子特性(遇到光、熱、水、氧分解)和鉛的毒性,限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此,尋找一種能實(shí)際應(yīng)用于LED的環(huán)保、穩(wěn)定、高效的鈣鈦礦材料意義非常。
 
南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院鄧正濤教授團(tuán)隊(duì)多年來一直致力于新型無機(jī)發(fā)光材料的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。特別是在白光LED和廣色域顯示器件方向,針對(duì)發(fā)光材料在實(shí)際應(yīng)用中的瓶頸問題,在發(fā)光材料的性能提升和穩(wěn)定性方面取得了一系列進(jìn)展,如:Angew. Chem., Int. Ed.2020, 59, 7738;Mater. Adv. 2021, 2, 1320;Chem. Commun.2021, DOI:10.1039/D0CC08253H;J. Mater. Chem. C2021DIO: 10.1039/D0TC05685E。最近,該課題組采用一種室溫快速結(jié)晶的方法,制備了具有高光致發(fā)光量子效率和高穩(wěn)定性的無鉛錳鹵化物鈣鈦礦材料,并應(yīng)用于白光LED器件。相關(guān)成果于近日以“StableandBrightPyridineManganeseHalidesforEfficientWhiteLight-EmittingDiodes”為題在國際知名材料學(xué)期刊《Advanced Functional Materials》雜志(影響因子:16.836)上在線發(fā)表。
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該團(tuán)隊(duì)采用一種室溫快速液相合成方法,大規(guī)模制備了兩種有機(jī)無機(jī)雜化無鉛吡啶錳鹵化物鈣鈦礦。 該四面體配位的(C5H6N)2MnBr4發(fā)射峰位在521nm, 具有高達(dá)95%的熒光量子產(chǎn)率、窄半峰寬和優(yōu)異的穩(wěn)定性,而八面體配位的C5H6NMnCl3表現(xiàn)為648nm的紅光發(fā)射,量子產(chǎn)率為40%。 相比于全無機(jī)的CsPbX3(X=Cl, Br)鈣鈦礦,其不穩(wěn)定性和毒性都得到了有效解決。通過環(huán)境穩(wěn)定性測(cè)試,紫外光老化測(cè)試和熱穩(wěn)定性測(cè)試,吡啶錳鹵化物鈣鈦礦仍然保持良好的性能。將綠光發(fā)射的(C5H6N)2MnBr4熒光粉與紅光發(fā)射的K2SiF6:Mn4+熒光粉混合后制備的白光LED器件在驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí),相關(guān)參數(shù)為光效93.9lm/W。該白光LED在大氣環(huán)境中經(jīng)過410min持續(xù)工作測(cè)試發(fā)射強(qiáng)度沒有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象,表現(xiàn)出優(yōu)異的器件穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)(C5H6N)2MnBr4和C5H6NMnCl3熒光粉比例可以得到一系列色坐標(biāo)連續(xù)可調(diào)的暖白光LED,同時(shí)將其應(yīng)用于背光顯示后,實(shí)現(xiàn)了色坐標(biāo)接近104%的NTSC 1931色域覆蓋率。該工作將推動(dòng)基于新型發(fā)光鈣鈦礦材料的低成本LED照明和背光顯示的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
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圖二:發(fā)光吡啶錳鹵化物鈣鈦礦材料的制備及在白光LED領(lǐng)域應(yīng)用。
 
南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院為論文第一單位;本文通訊作者為現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的鄧正濤教授;所指導(dǎo)的博士生胡光才為本論文第一作者。該工作在完成過程中得到了現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院張曄教授和電子科學(xué)與工程學(xué)院周玉剛教授的幫助。該工作得到了國家自然科學(xué)基金(22075129)、江蘇省自然科學(xué)基金(BK20180339,BZ2018008)的資助。
 
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