大功率led器件广泛应用于家庭及户外公共照明，然而，led照明光源在长时间使用时，会出现亮度变暗并发生颜色漂移问题。近日，合肥工业大学材料科学与工程学院陈雷副教授和蒋阳教授课题组在钇铝石榴石系列LED荧光材料及其光色调控机制方面取得的研究成果，揭示了这一现象的科学机理，为进一步提高LED荧光材料性能提供了重要手段。
由于发光效率高以及热稳定性相对较好，钇铝石榴石荧光粉是白光LED器件封装中应用最多的荧光粉，在家用照明与户外路灯中使用的大功率led器件，几乎全是利用该荧光粉封装而成。然而，采用该荧光粉的LED白光是冷色光，给人带来的舒适感较差。为了使led发光颜色从冷光向暖色光转变，目前常用的方法是在钇铝石榴石荧光粉中用钆离子取代钇离子，从而使荧光粉发射波长红移，达到降低色温、提高显色指数的效果。但是，钆离子取代钇离子后会造成发光效率下降以及热稳定性变差。对于这种现象，长期以来经典位型坐标模型和分子轨道杂化理论无法合理解释。
陈雷副教授及其课题组，通过综合应用X射线吸收近边结构、扩展X射线吸收精细结构、紫外光电能谱价带谱、X射线衍射、热释光与荧光光谱等实验手段，并结合电子能带结构、电子态密度和电荷差分密度理论计算，从刚性结构中的电子云挤压变形角度，对Gd离子取代造成的光谱红移、强度下降和热稳定性变差的本征机制给出了一种全新解释。由于Gd离子半径较大，在钇铝石榴石刚性结构中会造成电子云挤压变形，造成晶体场增强、电子有效质量减轻、电子铺展能级范围扩大和带隙减小，进而导致发光效率下降与热稳定性降低。近日，这一研究成果刊登于英国《自然》系刊《科学报告》上。
据介绍，这一理论不仅科学地解释了Gd取代后的钇铝石榴石荧光粉发光现象，而且对开发新型刚性结构荧光材料具有重要的指导意义。陈雷副教授介绍说：“根据这一理论建立的模型，未来还可以指导开发具有特定色泽的人造宝石晶体，并赋予更加绚丽多彩的颜色，例如各种人造钻石、蓝宝石和红宝石等，不但呈现高透光率与反光率，而且可以订制特定色泽使之光鲜夺目。”
