背景介绍：近年来，白色 LED 因节能、寿命长、环保及尺寸紧凑等优势备受关注，广泛应用于各类照明领域。其制备常依赖稀土发光材料，尤其是单 - 相全光谱白光荧光粉，能简化器件制备流程，避免自吸收和颜色不稳定等问题。目前，通过共掺杂多种发光离子是制备此类荧光粉的重要技术 。在众多稀土离子中，Dy3+因具有明显的蓝色和黄色发射，成为 WLED 荧光粉的重要发光离子。为实现白光发射，常将Dy3+与Tm3+共掺杂，已有多种相关荧光粉被报道。然而，现有荧光粉在高温、大电流驱动下，不同激活离子的热稳定性差异大，致使 LED 器件发光颜色改变。开发具有良好颜色稳定性和优异热猝灭抗性的单 - 相全光谱白色荧光粉仍是巨大挑战 。

近日，大连海事大学于洪全教授、陈宝玖教授团队在材料科学《CrystEngcomm》期刊发布了题为"具有优异抗热猝灭性和超低色移的亮白色电纺Y₂Zr₂O₇:Tm³⁺/Dy³⁺纳米管"的最新研究成果。该团队通过静电纺丝技术成功制备出高亮度白色荧光纳米管材料，其突破性地实现了纳米尺度下稀土掺杂氧化物的高热稳定性与色度保持能力。这一成果为新型发光材料开发提供了创新性解决方案，特别是在高温工作环境下的光学器件领域，为解决传统荧光材料热失活和色偏移问题提供了重要技术路径，有望推动固态照明与显示技术的性能优化。该材料制备途径如图1所示。

图1.利用单喷嘴静电纺丝技术，在特定的 1300℃高温条件下，成功制备出 YZO:Tm/Dy 纳米管

纳米管的结构参数：通过 SEM 和 TEM 图像可以清楚地看到纳米管的形态和尺寸，如图2（a）、（b）所示，纳米管的外径在 200-215 纳米之间，壁厚在 48-53 纳米之间，内径约为 116 纳米。图2（d）的HR-TEM 图像显示了纳米管的晶格间距，对应于 Y₂Zr₂O₇ 的 (111) 晶面。

图2Y₂Zr₂O₇ 2%Tm/1%Dy纳米结构的 (a) 扫描电镜图像、(b) 放大扫描电镜图像、(c) 放大透射电镜图像、(d) 高分辨透射电镜图像和 (e)选区电子衍射图

色坐标接近标准白光：对不同掺杂浓度的 YZO 纳米管进行色坐标测试分析，发现 YZO:2% Tm³⁺/2% Dy³⁺纳米管的色坐标为 (0.3308, 0.332) ，这一数值与标准白光的色坐标 (0.33, 0.33) 极为接近。在图 3（c）和图 4（d）的 CIE 坐标分布图中，能够直观地看到不同掺杂浓度下 YZO 纳米管的色坐标分布情况。当Tm3+和Dy3+浓度调整到 2% 时，对应点在 CIE 图中几乎与标准白光点重合，表明该纳米管在颜色呈现上能够很好地模拟标准白光，满足高质量照明对颜色的要求。

图3:(a)YZ0:5%Dy/zTm(z=1%、3%、5%和7%)纳米管的发射光谱;(b)Dy3 离子各能级发射强度随Tm:浓度变化的折线图:;(c)YZ0:5% Dy/zTm(z=1%、3%、5%和7%)的色坐标图

发光特性及发射强度对比：深入研究 YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管的发光特性，并与通过固相反应过程在相同煅烧温度下制备的 YZO:2% Tm/1% Dy 粉末进行对比。从图 5（a） - （c）的发射光谱及积分强度对比图中可以明显看出差异。在室温下，YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管的发射强度是 YZO:2% Tm/1% Dy 粉末的 1.2 倍。这表明在相同激发条件下，纳米管结构能够更有效地将吸收的能量转化为光发射出来。在高温环境下，两者的差异更加显著。图 5（a）展示了 YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管在 303K - 453K 不同温度下的发射光谱，图 5（b）为对应粉末的发射光谱。从图 5（c）的总积分发射强度对比图中可知，YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管在 453K 时的发射强度仍保持在 303K 时的 91.23%，而 YZO:2% Tm/1% Dy 粉末在 453K 时的发射强度仅保持在室温时的 90.42%。由此可见，纳米管在高温下能更好地维持发射强度，体现出其在热稳定性方面的优势。

图5 (a) YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管和 (b) YZO:2% Tm/1% Dy 粉末在 365nm 激发下，303 - 453K 温度范围内的光致发光（PL）光谱；(c) YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管和 YZO:2% Tm/1% Dy 粉末在 303 - 453K 温度下的总积分发射强度；(d) YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管和粉末在不同温度（303 - 453K）下的色度偏移

颜色稳定性对比：颜色稳定性是荧光粉材料在实际应用中的重要性能指标。研究发现，YZO:2% Tm/1% Dy 纳米管在 450K 时的最大颜色偏移仅为 0.16%，而 YZO:2% Tm/1% Dy 粉末在相同温度下达到 0.9%。从图 5（d）的色度漂移对比图中可以清晰看到，随着温度从 303K 升高到 453K，粉末的颜色漂移量迅速增加，而纳米管的颜色漂移量增长缓慢。由于其独特的管状结构，YZO:Tm³⁺/Dy³⁺纳米管比 YZO:Tm³⁺/Dy³⁺粉末具有更好的热猝灭抗性。纳米管的空心纳米管状结构使得其在纳米尺度上保持更均匀的成分分布，具有更少的晶体缺陷和结晶界面，热导率也更弱，从而有效降低了温度对颜色稳定性的影响。

在研究制备用于白色 LED 的高性能荧光粉材料进程中，本研究取得了一系列关键成果，通过单喷嘴静电纺丝方法在 1300℃下成功制备了具有优异热稳定性和超低颜色漂移的单相全光谱白色 YZO:Tm/Dy 纳米管。这一创新性制备方法，为纳米管材料在照明领域的应用开拓了新方向。

文章来源：https://doi.org/10.1039/D5CE00133A
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