铜纳米团簇发光材料及其白光LED应用方面取得系列进展

白光LED是新一代绿色固态照明技术。如今商业化的白光LED主要使用稀土荧光粉,面临着供应短缺、封装成品率等问题,寻求可替代的新型纳米发光材料是目前研究的重点方向之一。金属(金、银、铜)纳米团簇是一类新型纳米发光材料,具有制备简单、无毒等特点,已在生物标记、荧光成像等领域展现出应用前景。其中铜纳米团簇具有含量丰富和成本低等特点,有望满足白光LED的应用需求,然而铜纳米团簇较低的发光效率限制了其LED应用研究。香港城市大学Andrey Rogach教授研究团队,多年从事量子点、金属纳米晶等材料的研究,最近博士生王振光发展了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护的铜纳米团簇合成技术,获得荧光量子产率达27 %的的铜纳米团簇,与北京理工大学钟海政教授、陈冰昆博士合作利用铜纳米团簇为蓝光材料,结合绿光和红光荧光粉与紫外发光二极管芯片,实现了高显色性能的紫外激发白光LED器件,CIE色度坐标和显色指数分别为(0.35, 0.33)和92。相关工作发表在Nanoscale杂志上 (Nanoscale, 2016,8, 7197-7202)。

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在上述基础上,他们对铜纳米团簇的发光光谱进行了拓展,利用表面修饰和溶剂诱导聚集,获得了荧光量子产率分别达14 %和43 %的蓝色和橙色发光的铜纳米团簇,通过将蓝光和橙光铜纳米团簇与紫外发光二极管芯片的集成组装,得到了基于铜纳米团簇为下转换材料的高显色白光LED,其中CIE色坐标、显色指数和相关色温分别为(0.36, 0.31),92和4163 K。该工作发表在Advanced Science杂志上(DOI: 10.1002/advs.201600182)。

上述研究表明铜纳米团簇是一类具有发展潜力的新型纳米发光材料,未来将在照明、传感、生物成像、医疗诊断、和激光等领域发挥重要作用。此外,铜纳米团簇可为纳米领域光物理、光化学理论研究提供材料基础。