LED照明光源長時間使用會出現亮度變暗并發生顏色漂移問題。近日，合肥工業大學材料科學與工程學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控機制方面揭示了這一現象的科學機理，為進一步提高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《科學報告》上。
由于發光效率高及熱穩定性相對較好，釔鋁石榴石熒光粉是白光LED器件封裝中應用zui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發光顏色從冷光向暖色光轉變，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，使熒光粉發射波長紅移，達到降低色溫、提高顯色指數的效果。但釓離子取代釔離子后會造成發光效率下降以及熱穩定性變差。對于這種現象，長期以來經典位型坐標模型和分子軌道雜化理論無法合理解釋。
陳雷及其課題組結合電子能帶結構、電子態密度和電荷差分密度理論計算，從剛性結構中的電子云擠壓變形角度，對Gd離子取代造成的光譜紅移、強度下降和熱穩定性變差的本征機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構中會造成電子云擠壓變形，晶體場增強、電子有效質量減輕、電子鋪展能級范圍擴大和帶隙減小，導致發光效率下降與熱穩定性降低。
這一理論不僅科學地解釋了Gd取代后的釔鋁石榴石熒光粉發光現象，還對開發新型剛性結構熒光材料具有重要指導意義。“根據這一理論建立的模型，未來還可以指導開發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、藍寶石和紅寶石等。”陳雷介紹。
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