白光LED由于其節能、環(huán)保以及長(cháng)壽命等特點(diǎn)成為下一代照明器件。目前，商品化的白光LED主要采用藍光芯片激發(fā) YAG:Ce3+黃光熒光粉，芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)射的黃光混合形成白光。但是，YAG:Ce3+熒光粉的發(fā)射光譜中紅光組份不足，采用單一YAG:Ce3+熒光粉較難獲得低色溫（Correlated Color Temperature，CCT< 4500 K）、高顯色指數（Color Rendering Index，CRI>80）的暖白光器件，導致了其在室內通用照明中應用的局限性。為解決這一問(wèn)題，需在器件中添加適當的紅光熒光粉，以補充紅光組份，從而制備出低色溫、高顯色指數的暖白光LED器件。目前，性能較好的商品化紅光熒光粉主要為稀土摻雜的氮（氧）化物材料，但是，該類(lèi)熒光粉存在發(fā)射帶寬過(guò)寬、制備工藝苛刻等缺點(diǎn)，導致其流明效率偏低且價(jià)格昂貴。因此，開(kāi)發(fā)能被藍光芯片有效激發(fā)的低成本、窄帶發(fā)射紅光熒光粉尤其是替代稀土發(fā)光材料成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，這也是提高暖白光LED流明效率的關(guān)鍵。
在國家基金委杰出青年基金和促進(jìn)海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金、中國科學(xué)院創(chuàng )新國際團隊以及福建省重大專(zhuān)項專(zhuān)題項目等支持下，中科院福建物質(zhì)結構研究所陳學(xué)元研究小組與臺灣大學(xué)劉如熹研究小組合作，首次利用高效離子交換方法，成功制備出Mn4+摻雜的K2TiF6、K2SiF6、NaYF4和NaGdF4紅光熒光粉，該類(lèi)熒光粉在~460 nm具有強的吸收帶（帶寬~50 nm），適合藍光芯片的激發(fā)，同時(shí)其發(fā)射為~630 nm的尖銳譜線(xiàn)紅光發(fā)射，相比氮（氧）化物紅光熒光粉具有更高的輻射流明效率。
特別地，K2TiF6:Mn4+熒光粉室溫下的發(fā)光絕對量子產(chǎn)率達到98%，優(yōu)于大部分現有的紅色熒光粉；同時(shí)該熒光粉具有很好的熒光熱穩定性，在150°C下的發(fā)光強度達到室溫下的98%；利用該紅光熒光粉與YAG:Ce3+黃色熒光粉組合封裝的暖白光LED器件在60 mA驅動(dòng)電流條件下，色溫3556 K，顯色指數81，流明效率高達116 lm/W。研究團隊所開(kāi)發(fā)的離子交換制備方法工藝簡(jiǎn)單，在室溫和常壓下即可制備，且原材料價(jià)格便宜，因此具有很好的市場(chǎng)應用前景。此外，研究團隊還對Mn4+離子在氟化物基質(zhì)中的光譜特性展開(kāi)了深入的研究，通過(guò)低溫高分辨激光光譜等手段，揭示了其電子能級結構，解釋了其反常的發(fā)光強度-溫度依賴(lài)關(guān)系，這些為進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)此類(lèi)非稀土紅光發(fā)光材料提供了理論依據。上述工作以全文形式于7月8日在線(xiàn)發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications 2014，5, 4312. DOI: 10.1038/ncomms5312），并申請了2件發(fā)明專(zhuān)利。
特別地，K2TiF6:Mn4+熒光粉室溫下的發(fā)光絕對量子產(chǎn)率達到98%，優(yōu)于大部分現有的紅色熒光粉；同時(shí)該熒光粉具有很好的熒光熱穩定性，在150°C下的發(fā)光強度達到室溫下的98%；利用該紅光熒光粉與YAG:Ce3+黃色熒光粉組合封裝的暖白光LED器件在60 mA驅動(dòng)電流條件下，色溫3556 K，顯色指數81，流明效率高達116 lm/W。研究團隊所開(kāi)發(fā)的離子交換制備方法工藝簡(jiǎn)單，在室溫和常壓下即可制備，且原材料價(jià)格便宜，因此具有很好的市場(chǎng)應用前景。此外，研究團隊還對Mn4+離子在氟化物基質(zhì)中的光譜特性展開(kāi)了深入的研究，通過(guò)低溫高分辨激光光譜等手段，揭示了其電子能級結構，解釋了其反常的發(fā)光強度-溫度依賴(lài)關(guān)系，這些為進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)此類(lèi)非稀土紅光發(fā)光材料提供了理論依據。上述工作以全文形式于7月8日在線(xiàn)發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications 2014，5, 4312. DOI: 10.1038/ncomms5312），并申請了2件發(fā)明專(zhuān)利。
此前，陳學(xué)元研究小組在無(wú)機發(fā)光材料電子結構和光學(xué)性能方面取得了研究進(jìn)展（《中國科學(xué)-化學(xué)》，2014，44, 168，封面)，三項工作分別入選2010、2011和2013年度中國光學(xué)重要成果，10篇論文入選近十年化學(xué)、材料和物理領(lǐng)域ESI高被引頻次論文。
