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行业领域

新材料技术

需求背景

本项目拟采用球磨高温固相法，通过设计合理的荧光粉组分，以碱土金属/碱金属白钨矿盐为基质，以非稀土离子Mn⁴⁺为主要激活剂，以Bi³⁺为敏化剂，改变Mn⁴⁺和Bi³⁺的不同配比，构筑光谱可调控的LED用M_x(W,Mo)_yO_z:Mn⁴⁺,Bi³⁺(M为Mg，Ca，Sr，Ba或Li，Na，K中的一种或多种；x，y，z均为整数)红色荧光粉，并研究合成方法、掺杂元素、助熔剂、热处理时间和温度等因素对产物物相结构和发光性能的影响，以获得最佳制备参数，制备出性能优良的白光LED灯或植物照明灯用红色荧光粉。同时，对元素的掺杂效果及荧光机理进行系统的分析，通过将发光中心与敏化离子共掺杂后对荧光粉的发光中心、光场强度和能量传递等因素的影响，研究荧光增强机理，以丰富该体系红色荧光粉的辐射发射速率和能量传递等相关理论。

需解决的主要技术难题

随着经济社会的不断发展，人们的环保意识越来越强，在绿水青山就是金山银山理念的号召下，保护环境成为了举国上下的共同心声。近年来，白光LED固态照明得到了快速的发展，与传统的节能灯相比具有能耗低、寿命长、反应快和无污染等优点，被认为是新一代理想的绿色照明光源。照明灯具多追求高显色指数和高发光效率，对于白光LED而言，实现发光的主要方式是荧光转换，即是以激发芯片+荧光粉的方式形成白光，因此要想获得更优的性能除了开发高效的LED芯片外还需要提高荧光粉的各项指标。目前，已商品化的白光LED主要是蓝光GaInN芯片+黄光YAG:Ce³⁺荧光粉的白光LED，由于该系统中蓝光芯片因发光角度问题存在的发光强度不均匀和黄色荧光粉缺少红光发射，导致其存在高色温(>5000 K)、强眩光、低显色指数(Ra<80)等缺陷，使其较难获得发光性能接近自然白光的暖白光器件，从而在室内通用照明的应用中受限。随着制造工艺的发展，LED芯片的波长往短波方向发展，相比于蓝光芯片激发的白光LED，近紫外激发的白光LED(NUV-WLED)因采用近紫外芯片激发红、绿、蓝三基色荧光粉实现白光LED，可解决上述技术中存在的诸多问题，又因近紫外光几乎完全被吸收，不会或很少参与混合白光，又增加了所得白光的稳定性。因此，获得近紫外芯片激发的高效发光荧光粉是目前改善白光LED高色温(>5000 K)、强眩光、低显色指数(Ra<80)等缺陷的重要途径。目前，近紫外LED用三基色荧光粉中红粉的发光效率远远低于蓝粉和绿粉，因此，急需开发出发光效率可与目前商用蓝粉和绿粉相匹配的红色荧光粉。

期望实现的主要技术目标

过渡金属Mn元素具有丰富的价态和良好的光学性能，例如Mn⁴⁺具有3d⁵价电子构型, 其光谱跃迁起源于3d-3d跃迁, 此种跃迁强度大。Mn⁴⁺在六配位基体中能呈现有效的红光发射且易被近紫外和蓝光激发。近年来，使用非稀土Mn⁴⁺离子激活的发光材料以其具有宽激发光谱、宽发射光谱和激活剂原料廉价而备受关注，尤其是Mn⁴⁺离子激活发光材料的发射光谱范围在深红色区域，这在提高LED显色性方面具有较高的研究价值。首先，不论在什么基质中Mn⁴⁺发射谱峰都位于红光区，因此基质选择余地较大；其次，Mn⁴⁺发射跃迁²E→⁴A₂是宇称禁戒和自旋禁戒跃迁，所以激发态寿命较长；再者，Mn⁴⁺是高价态，较易得电子，所以在许多基质中，Mn⁴⁺的激发光谱除了3d-3d激发带 (位于近紫外和可见光区)外，近紫外区还具有较强的电荷迁移带，在近紫外区更容易被激发。此外，Mn⁴⁺的电子构型是[Ar]3d³，价态较高，晶场对其作用更强。因此，Mn⁴⁺的发射跃迁总是2E→⁴A₂，发光颜色为深红色。最近几年，国内外相继出现了Mn⁴⁺作为发光中心的红色荧光材料的报道，2014年，陈学元课题组与台湾大学刘如熹课题组合作，首次利用离子交换方法，成功制备出适合蓝光芯片的新型高效白光LED用红光荧光粉K₂TiF₆:Mn⁴⁺[5]。由于氟化物具有低声子能量的特点，所以能够减少离子激发态的猝灭，提高发光效率，该荧光粉室温下的发光效率可达98%，优于大部分现有的红光荧光粉，并且具有很好的荧光热稳定性。同时，所用的离子交换制备工艺简单，在室温和常压下即可制备，原材料价格便宜。

处理进度