新型红色Mn4+掺杂发光材料的发光性能与机理研究

黄蓝二基色GaN基白光二极管（WLED）是目前固态照明市场的主导技术，但由于缺少红色成分，该WLED在低色温区的显色性无法满足高端照明要求。本项目以研究WLED用红色Mn4+掺杂发光材料及所涉及的新材料、光谱学理论与发光动力学模型等问题为目标，在已积累的相关研究基础上，从稳定性高的复合氧化物基质系统出发，以Mn4+为激活离子，通过调整基质组成、合成方法（条件）、共掺杂离子、基质修饰剂，在空气条件下，制备与优化能有效被蓝光/紫光激发的新型红色发光材料，研究该材料物相、结构与发光特性；建立合适的发光动力学模型，阐明Mn4+的发光机理，找到优化Mn4+的光谱分布、提高Mn4+的发光效率的方法；探索Mn4+掺杂发光材料在WLED器件应用的基础科学问题。本项目的实施有助于丰富过渡金属离子的光谱学理论，为开发新型WLED用红色发光材料及提高WLED在低色温区的显色指数提供实验基础与理论依据。

目前商业黄蓝二基色白光二极管（WLED）由于缺少红光成分，在暖色温区的显色性偏低，这成了WLED全面市场化的瓶颈问题之一。为了提高其显色指数，开发新型的在蓝光激发下发光效率至少能与YAG:Ce相当的红色发光材料，并将其混入YAG:Ce，以提高二基色GaN基WLED的显色指数是比较有效而实际的方法。. 本项目利用高温固相法合成了Mn4+掺杂的红光材料CaAl12O19:Mn4+与CaAl4O7:Mn4+，通过基质修饰手段，提高了它们的发光强度，并研究Mn4+的能级、发光特性、发光动力学行为等科学问题。通过XRD和SEM分别对其结构和微观形态进行研究。CAO:Mn红粉的形貌与采用的合成方法以及燃烧法中所用的助燃剂密切相关。通过添加尿素，柠檬酸和氟化物可使其发光性能和形貌得到优化。. 利用水热法与刻蚀法合成了一系列高显色性WLED用的Mn4+掺杂的复合氟化物红光材料，如ZnSiF6•6H2O:Mn4+、BaSiF6:Mn4+、BaTiF6:Mn4+、K2SiF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+等，研究了这些复合氟化物晶体的生长机制、Mn4+在晶体中的掺杂规律，实现Mn4+在复合氟化物中的成功掺杂。通过调整材料基质组成、合成条件，实现晶体生长过程、材料微观形貌、发光性能可控的Mn4+掺杂的复合氟化物红光材料。揭示基质组成、前驱物种类、合成条件、溶液酸碱度与氧化还原性强度、晶体微观形貌、掺杂方式对Mn4+发光性能与机理的影响规律。与商业黄粉混合后，得到高显色（高于82）、低色温（低于4000K）的暖白光。在本项目的资助下，发表SCI收录论文13篇（其中JCR一区3篇，二区2篇），申请中国发明专利9项，其中4项已授权，培养研究生7名（已毕业2名）。.2名）。