河南科學家取得照明領域新進展 使用壽命超2000小時！
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- 2022-06-07
人口增長及城市化進程刺激了人們對照明的需求，而日益迫近的能源危機則為人們使用光帶來了重重挑戰。據統計，全球照明用電占到總用電量的20%左右，我國照明用電量約占總發電量的13%，因此照明一直是國內外節能低碳的重點領域之一。近期，鄭州大學研究團隊在綠色照明相關領域取得最新進展，研究成果登上國際權威學術期刊Nano Letters，并被選為該期的封面(Cover)?！?/span>
據世界照明用電統計，在我國，電力照明能源消耗已占到平均家庭能源預算的25%。因此，在全球能源危機、節能環保等要求不斷提高的大背景下，發展綠色、高效、低成本、長壽命的固態照明技術無疑具有重要的科學意義和實用價值。
目前，制備白光固態光源最常用的策略是采用藍色LED激發釔鋁石榴石熒光粉，從而產生復合白光。但該方法制備的白光照明光源顯色指數偏低，無法滿足高端照明的應用需求，而且熒光粉中含有較為昂貴的戰略稀土元素?；谧贤夤獗闷值娜珶晒夥壑苽涞陌坠釲ED盡管可以解決顯色指數過低的難題，但各色熒光粉的自吸收和復雜的制備工藝對器件制造成本和穩定性帶來了新的挑戰。
在此背景下，開發單一組分的白光發射體是解決上述問題的關鍵。然而，迄今為止，實驗探索的具有白光發射特征的熒光材料較少，且在高顯色、高穩定白光LED的制備與應用方面仍有待突破?！ ?/span>
近期，有研究人員發現具有強電子-聲子耦合的ns2金屬離子基鹵化物可以形成自陷態激子，從而產生高效的寬帶光發射。在眾多ns2金屬離子中，具有獨特單重態和三重態激子的Sb3+離子在不同的晶體場環境下表現出藍光和橙光發射?？紤]到ns2離子發射對晶體場環境的強烈依賴性，選擇合適的主體材料有望實現Sb3+離子雙波段發射的產生，從而在室溫下獲得復合白光。
鑒于此，鄭州大學物理學院(微電子學院)的研究人員以空位有序雙鈣鈦礦Cs2ZrCl6為主體，采用簡便的離子摻雜技術在室溫下大規模合成了單組分白光發射的Cs2ZrCl6:xSb (x = 08%)，并成功將其應用于固態照明領域?！ ?/span>
通過將具有5s2活性的Sb3+離子引入熱力學穩定的Cs2ZrCl6主體中，其特殊的晶體場環境激發了源自Sb3+離子的單重態和三重態雙波段發射(480nm@藍光、580nm@橙光)。由于單重態和三重態之間存在有效的能量轉移通道，因此可以通過控制Sb3+離子摻雜濃度量化單重態到三重態之間的能量轉移程度，利用二者的相對強度變化實現冷暖白光可調。在1.5%的Sb3+離子摻雜濃度下，材料呈現出高品質的白光發射，顯色指數高達96。
進一步的研究發現，以Cs2ZrCl6:1.5%Sb作為下轉換熒光粉，所制備的白光LED展現出2003小時的工作壽命。上述研究成果為了高顯色、高穩定單組分白光發射體的設計與制備提供了新的思路?！ ?/span>
近日，以上研究成果以“Regulating the Singlet and Triplet Emission of Sb3+Ions to Achieve Single-Component White-Light Emitter with Record High Color-Rendering Index and Stability”為題發表于Nano Letters上。該論文第一作者為鄭州大學物理學院2020級博士研究生張飛，通訊作者為學院史志鋒教授和單崇新教授。該工作得到了國家自然科學基金、國家高層次人才特殊支持計劃、河南省杰出青年科學基金和鄭州大學杰出青年人才創新團隊計劃的支持。
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