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黄光照射皮肤具有降低末梢神经兴奋性，减轻局部皮肤敏感，改善红斑和毛细血管扩张，增强皮肤免疫功能的作用。黄光属于LED光的一种，目前广泛应用的是荧光粉转换型LED，其主要是由紫外芯片激发荧光粉制成的。因此，开发发光效率高、稳定性好、环保的黄光发光体非常重要。
最近，太原工业学院郭衡与太原理工大学朱益志组通过一锅超声法在水中开发了一种高效黄光发射材料CsCu2I3 粉末，用于荧光粉转换型黄光LED。制备的 CsCu2I3 粉末显示出波长为 575 nm 的宽对称发射带和高达 49.62% 的光致发光量子产率（PLQY）。而这样强烈的黄光发射是由自陷激子辐射复合产生的。通过在 310 nm紫外芯片上涂覆CsCu2I3 粉末，制造出了荧光粉转换 LED（pc-LED）器件。pc-LED 器件有着高达91%色纯度且电致发光光谱与血液的吸收区域非常吻合。因此，这项工作提供了一种在环保溶剂中合成新型无铅金属卤化物 CsCu2I3 粉末的简便方法。此外，稳定高效的 CsCu2I3 粉末在光致发光和光疗领域显示出令人兴奋的潜在应用前景。
图1 CsCu2I3 粉末的制备及结构和特征
首先通过环保简单是方法制备了CsCu2I3 粉末。XRD表征的晶体结构均可以与标准PDF卡片 (JCPDS No. 45-0076) 匹配。通过结构分析与精修合成的 CsCu2I3 粉末呈正交 Cmcm 空间群。上述结果表明成功制备了结构明确CsCu2I3 粉末。
图2 CsCu2I3 粉末形态和元素比例表征
同时，作者也进一步从形貌和元素比例上对样品进行表征。铯、铜和碘元素均匀地分散在 CsCu2I3 颗粒上，这说明CsCu2I3 荧光粉制备成功，且不存在次生相。通过测量 EDS 光谱进一步证实了制备的CsCu2I3光粉中存在Cs、Cu 和 I 元素。
图3 CsCu2I3 粉末的室温光学特性
研究人员系统地研究了CsCu2I3 粉末光学特性和稳定性。CsCu2I3 粉末在水中浸泡和紫外线照射 2.5 小时后，几乎没有发生荧光猝灭，光谱形状和峰值位置也没有发生变化。CsCu2I3 粉末在环境空气中存放 20 天后，其发射性能仍能有效维持。因此，CsCu2I3 具有良好的稳定性，即使样品暴露在极端环境中也能保持良好的荧光性能。这一优势使 CsCu2I3末的长期广泛应用成为可能。
图4 CsCu2I3 粉末的变温光学特性
通过变温荧光谱得到CsCu2I3 粉末的激子结合能为 107.81 meV，高于传统的钙钛矿材料。因此，该样品表现出很强激子复合辐射。此外，通过实验验证了表明CsCu2I3 粉末具有软晶体结构，有利于产生自陷激子。
图5 CsCu2I3 粉末的电子 DOS 和 TRPL
进一步通过第一原理计算了CsCu2I3 样品的总态密度和部分态密度解释了其禁带宽度，进而从发光动力学角度确认了其发光的来源，并解释了弛豫机制。
图6 LED 器件的性能
最后，利用高荧光效率高稳定性的 CsCu2I3 粉末制备了单色紫外激发黄色发光二极管，其 CIE 坐标为 (0.4798, 0.4892)表现出很高的色纯度。总之，该研究提供了一种无毒、地球储量丰富的铜基金属卤化物发光体CsCu2I3，有望应用于黄光 LED 照明及治疗领域。
相关工作以“Direct synthesis of high quantum yield lead-free CsCu2I3 powder in water and its application in yellow LED”为题，发表在Exploration上。太原工业学院郭衡，太原理工大学朱益志和东南大学石增良教授为论文通讯作者。
本文内容基于Wiley出版集团合作期刊 Exploration 以Research Article发表的" Direct synthesis of high quantum yield lead-free CsCu2I3 powder in water and its application in yellow LED ".
DOl: 10.1002/EXP.20240004
引用格式：
H. Guo, L. Shi, Z. Shi, Y. He, Y. Zhu, Exploration 2024, 20240004. https://doi.org/10.1002/EXP.20240004
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