近日，合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳雷副教授和蔣陽教授課題組在釔鋁石榴石系列LED熒光材料及其光色調(diào)控機(jī)制方面揭示了這一現(xiàn)象的科學(xué)機(jī)理，為進(jìn)一步提高LED熒光材料性能提供了重要手段。研究成果刊登于英國《自然》系刊《科學(xué)報告》上。

由于發(fā)光效率高及熱穩(wěn)定性相對較好，釔鋁石榴石熒光粉是白光LED器件封裝中應(yīng)用最多的熒光粉。采用該熒光粉的LED白光是冷色光，舒適感較差。為了使LED發(fā)光顏色從冷光向暖色光轉(zhuǎn)變，目前常用的方法是在釔鋁石榴石熒光粉中用釓離子取代釔離子，使熒光粉發(fā)射波長紅移，達(dá)到降低色溫、提高顯色指數(shù)的效果。但釓離子取代釔離子后會造成發(fā)光效率下降以及熱穩(wěn)定性變差。對于這種現(xiàn)象，長期以來經(jīng)典位型坐標(biāo)模型和分子軌道雜化理論無法合理解釋。

陳雷及其課題組結(jié)合電子能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度和電荷差分密度理論計算，從剛性結(jié)構(gòu)中的電子云擠壓變形角度，對Gd離子取代造成的光譜紅移、強(qiáng)度下降和熱穩(wěn)定性變差的本征機(jī)制給出了一種全新解釋：由于Gd離子半徑較大，在釔鋁石榴石剛性結(jié)構(gòu)中會造成電子云擠壓變形，晶體場增強(qiáng)、電子有效質(zhì)量減輕、電子鋪展能級范圍擴(kuò)大和帶隙減小，導(dǎo)致發(fā)光效率下降與熱穩(wěn)定性降低。

這一理論不僅科學(xué)地解釋了Gd取代后的釔鋁石榴石熒光粉發(fā)光現(xiàn)象，還對開發(fā)新型剛性結(jié)構(gòu)熒光材料具有重要指導(dǎo)意義。“根據(jù)這一理論建立的模型，未來還可以指導(dǎo)開發(fā)具有特定色澤的人造寶石晶體，并賦予更加絢麗多彩的顏色，例如各種人造鉆石、藍(lán)寶石和紅寶石等。”陳雷介紹。