基于给体受体间能量传递机制的高效发光材料物理

通过构建或调控能量传递体系，改善了现有商用发光材料的光谱性能，或设计出新型高效发光材料，为研制照明和显示技术所需的先进发光材料奠定了坚实物理基础。通过构建能量传递机制改善了现有LED荧光粉的光谱性能，获得白光显色指数超过80，甚至90（理想=100）。采用三种物理途径，成功将掺铈硅酸钪钙Ca3Sc2Si3O12:Ce3+ （CSS）的高效绿色发光转换成黄色发光，实现CSS转换的高显色性白光LED。1）选择CSS绿色荧光材料为母体，引入氮产生红色发光中心为受体，通过原有绿色中心向红色新中心的能量传递，实现光谱加宽和显色性提高，利用该单一荧光材料和蓝色LED芯片制备出白光LED，显色指数达到86；2）选择CSS绿色荧光材料为母体，掺杂红色中心Mn2+为受体，实现光谱加宽，所得白光LED的显色指数高达91；3）在CSS中，分别引入镥（Lu）取代Ca，Mg取代Sc，增强了晶场强度，有效降低了Ce3+发射能量，发光颜色实现绿黄可调。所制得的白光LED显色指数达到86，流明效率达 86 lm/W。. 调控能量传递实现高效的红外到可见上转换发光。采用核壳结构设计纳米六角相NaYF4:Yb20%,Er2%@ NaYF4，阻断激发能量向纳米颗粒表面的传递，980 nm红外光激发下，上转换绿光增强一个数量级以上；发现 CaSc2O4：Tm3+/Yb3+比通常氧化物基质具有大的红外吸收截面和Yb3+向受体能量传递效率，导致其上转换发光亮度比典型氧化物Y2O3：Tm3+/Yb3+提高3倍。研究表明，CaSc2O4中, Yb3+有较大的吸收率和更有效的 Yb3+ → Tm3+能量传递，因此，CaSc2O4是一种高效上转换发光的氧化物基质。在商用橙色荧光粉Sr3SiO5: Eu2+中，发现引入Tm3+产生电子存储中心，由此发生很强的红外上转换发光。引入Tm3+后，红外上转换发光增强30多倍，存储时间可达1000小时以上，比商用硫化物稳定环保。发表SCI论文43篇；授权中国发明专利11项；2010年获吉林省科技进步一等奖1项。