《宁波材料所在LED用稀土发光材料研究方面取得进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2017-12-26
  • LED固态照明器件具有高效、节能、环保等优点,经过十多年发展已基本取代传统白炽灯、荧光灯而成为新一代照明光源。荧光粉具有波长转换功能,在决定LED白光性能如显色指数、色温、效率等方面起着重要作用,是LED照明器件的关键材料之一,研发效率高和热稳定性较好的荧光粉一直是人们追求的目标。

      宁波材料所所属二级所先进制造所的光电功能材料与器件团队研发出一种新型硅酸盐青色荧光粉;在160℃时,其荧光量子效率可维持室温的94%,表现出良好的热稳定性。该研究获国家发明专利一项(ZL201410545720.6),相关结果发表于Advanced Optical Materials(2015, 3(8), 1096-1101,入选封面文章)。

      随后,该团队围绕材料,利用量子剪裁和共振能量传递效应,获得了一种发光效率高达144%的绿色荧光粉,实现了可见光量子剪裁(J. Phys. Chem. C 2016, 120, 2362-2370);首次观察到的异常红光发射,采用低温光谱手段追溯到了红光来源(Inorg. Chem. 2016, 55, 8628-8635);在此基础上,通过共掺获得了单一白光。获国家发明专利一项(ZL201510780416.4),相关基础研究结果发表于J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24558-24563;Materials Research Bulletin 2016, 80, 288-294。

      近期,该团队通过理论和实验相结合,在基青色荧光粉发光性能调控方面开展了系统研究。通过工艺优化,荧光内量子效率提升至90%,85℃/85%RH条件老化1600小时以上的光衰小于10%。仅采用该青色荧光粉与红粉复合,即可在NUV芯片上获得显色指数90以上的白光。基于对第一性原理电子结构计算和理解,结合光谱学的实验表征手段,该团队提出一种计算宽带隙无机非金属材料基体带隙的方法,并揭示了材料发光的热稳定性机理,除了热和声子相互作用可引起发光猝灭外,由热引起的材料吸收率下降是导致发光材料热猝灭的另一个原因。相关结果发表于J. Mater. Chem. C(2017, 5, 12365-12377,入选封面和热点文章)。

      团队还将黄色余辉荧光粉稳态荧光内量子效率提升至82%,这为解决交流LED频闪问题提供了一种具有潜在价值的稀土发光材料。相关内容申请国家发明专利2项(2016112538620, 2016112538762),部分研究结果发表于Chem. Commun.(2017, 53, 10636-10639)并入选该期刊封底文章。

      以上工作获伦敦布鲁内尔大学Jack Silver教授、中国科学院长春光机所张家骅研究员、日本国立材料研究所/厦门大学解荣军研究员、工信部广州电子五所徐华伟高工的支持,并获国家自然科学基金(NSFC11404351)、浙江省公益技术基金(LGG18E020007)、宁波市自然科学基金(2014A610122,2017A610001)的资助。

  • 原文来源:http://www.nimte.ac.cn/news/progress/201712/t20171220_4920348.html
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    • 钕铁硼热变形磁体由于具有磁能密度高、稀土用量少、制备流程短、易于实现近终成型等优点,在变频家电、绿色交通、智能制造等领域具有广阔的市场前景,巨大的应用需求也反向推动了提高热变形磁体磁性能的研究。然而,热变形磁体内颗粒界面处存在的无取向粗晶区对剩磁和矫顽力都具有严重的负面影响。对此,中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁团队先后开发出添加纳米WC高熔点相和预扩散Pr-Cu低熔点相两种晶界调控方法,通过有效抑制界面粗晶区大幅提高了磁体的矫顽力,同时揭示了界面调控抑制粗晶区形成的机理。 通过对比研究添加WC纳米颗粒前后热变形磁体的微观结构和反磁化过程,研究人员发现,未添加WC时,磁体内条带状快淬颗粒界面处存在低熔点富钕相的大量偏聚,热变形时液态的富钕相缓冲了作用于颗粒界面处晶粒的压应力,从而导致界面处晶粒发生随机长大形成无取向的粗晶区;而添加的WC高熔点相在热变形时仍然为“硬”的固态,并且分布于颗粒界面处(图1a),它能够在颗粒界面处产生局域压应力,从而引发附近的Nd2Fe14B晶粒发生(00l)晶面择优取向生长,进而在颗粒界面处形成片状纳米晶(图1b)。相比于无取向的微米粗晶粒,片状纳米晶取向良好且难以发生反向磁化,因而能够大幅提高热变形磁体的矫顽力,同时剩磁略有增长(图1c)。相关工作发表在Acta Materialia (2019, 167: 103-111)上。 预扩散Pr-Cu低熔点相的方法能够解决传统晶界扩散时出现的Pr-Cu相在界面处偏聚严重的问题,使Pr-Cu在磁体内分布更加均匀,实现非磁性Pr-Cu相对Nd2Fe14B晶粒的包覆,从而有效减弱Nd2Fe14B晶粒间的磁耦合作用,提高磁体矫顽力(图2a);同时颗粒界面处均匀分布的Pr-Cu相能够更好地隔离晶粒,阻止晶粒间的融合生长,进而抑制界面处晶粒的过度长大和粗晶区的形成。相比未进行预扩散的磁体(图2b),界面粗大晶粒数量显著减少,粗晶区宽度也明显减小(图2c)。相关工作发表在Acta Materialia (2019, 174: 332-341)上。 上述研究成果不仅丰富了热变形磁体的晶界调控理论,也有助于进一步推动提升热变形磁体性能的技术研发。相关工作得到了国家重点研发计划项目(2016YFB0700902)、国家自然科学基金(51671207)和浙江省基础公益研究计划项目(LGG18E010002、LGG19E010001)等的支持。 图1 添加高熔点WC纳米颗粒抑制粗晶区形成的机理图及效果 图2 预扩散Pr-Cu低熔点合金前后热变形磁体的矫顽力和微观结构照片
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 目前普遍认为,铁电材料都是绝缘体,这是由于导体中的自由电子会完全屏蔽电偶极矩,从而无法形成长程铁电序。然而,1965年诺贝尔物理学奖获得者P.W.Anderson与其合作者E.I.Blount预测了一种特殊的量子态——铁电金属,即材料中铁电性和金属性共存。半个多世纪以来,科学家一直在苦苦寻找室温二维铁电金属材料,就像寻找水与火共存的材料,极其稀有。   最近,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院磁性材料与器件重点实验室的曹彦伟研究员(第一作者和通讯作者)与其合作者在此方向实现了突破。他与来自美国罗格斯大学、布鲁克海文国家实验室、加州大学伯克利分校、宾州州立大学、阿贡国家实验室、伯克利国家实验室等单位的研究人员合作,利用原子级精度的激光分子束外延技术制备了高质量的室温二维铁电金属BaTiO3/SrTiO3/LaTiO3(如图),实现了界面二维电子气的铁电极化,以及电荷、轨道、铁电极化的周期性调控。该工作不但实现了人工室温二维铁电金属的制备,更为设计具有铁电、铁磁和超导三相共存的二维量子材料提供了思路,有望推动新型量子器件的应用。该研究工作于2018年4月18日以“Artificial two-dimensional polar metal at room temperature”为题发表在Nature Communications(DOI:10.1038/s41467-018-03964-9)上(论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03964-9),并被选为编辑推荐文章,作为亮点工作报道(Editors’ highlights)。   该工作部分得到了中国科学院“相关人才计划”、宁波市“3315创新团队”、宁波材料所“团队人才”计划的支持。