英文原题：Reconstructing the Surface of K2SiF6:Mn4+ Phosphors toward Enhanced Moisture Resistance for White LED Applications
通讯作者：邵起越，东南大学 材料科学与工程学院
作者：Yufan Wei (魏宇凡), Qianxing Huang(黄前兴), Shijie Yu(于世杰), Qiyue Shao(邵起越), Jianqing Jiang(蒋建清)
背景介绍
荧光粉转换型白光LED已成为照明和显示领域的主流光源，其中多色系荧光粉是其核心材料之一。商用K2SiF6:Mn4+ (KSFM)红色荧光粉在蓝光激发下呈独特的窄带红光发射，且具有高内量子效率和高热稳定性，特别适用于制成超高光效或超宽色域的白光LED器件。但KSFM荧光粉存在耐湿性差的关键技术难题，在潮湿环境下荧光粉表面的[MnF6]2‑基团易水解氧化，导致其发光性能急剧恶化。因此，提升KSFM荧光粉的耐湿性是其工业化应用亟需解决的关键问题。
文章亮点
近日，东南大学邵起越教授研究组在ACS Applied Materials & Interfaces上提出了一种两步表面重构策略，以显著提升商用K2SiF6:Mn4+（KSFM-c）荧光粉的耐湿性能。首先利用无机化合物H2NbF7溶液处理KSFM荧光粉在其表面构造贫Mn4+层(KSFM-Nb)，然后进行水热处理进一步提高荧光粉表面结晶质量(KSFM-Nb-HT)，减少表面缺陷。KSFM荧光粉在水热处理的亚临界环境下表面发生剧烈的溶解重结晶，促进表面原子重排，修饰表面缺陷，提升荧光粉表面结晶质量，减少水分子扩散通道，降低水分子与粉体表面反应程度，显著加固了表面贫Mn4+层，从而大幅提高KSFM荧光粉的耐湿性。
图1. KSFM-c、KSFM-Nb和 KSFM-Nb-HT荧光粉的 (a) XRD 图谱、(b) SEM 图像、 (c) Mn 2p的高分辨率XPS图谱；KSFM-c 和 KSFM-Nb-HT 荧光粉的 TEM−EDS (d) 元素分布图像和 (e) 线扫描。
改性后的KSFM荧光粉首先保持了其原有的高内量子效率(∼98.9%)，同时耐湿性大幅提升。改性后KSFM荧光粉在85℃&85%RH环境下老化6天后，发射强度基本保持不变（~100%），这与原始KSFM荧光粉在相同老化条件下仅保持了其初始强度的18.6%形成鲜明对比。在25 ℃水中浸泡6小时后，改性后荧光粉仍能保持98.9%的初始发光强度，而原始KSFM的强度则下降至49.9%。为了评估 LED 器件的长期稳定性，将改性后KSFM荧光粉制备的pc-LED（LED 3）在60mA驱动电流和85℃&85%RH环境下老化500小时后，仍能保持97.9%的初始发光效率。表明通过两步表面重构策略，KSFM 荧光粉的耐湿性能得到了显著改善。
图2. KSFM-c、KSFM-Nb和KSFM-Nb-HT样品的耐湿性能：(a) 样品在85 ℃和85%RH下老化6天后的PL光谱， (b) 荧光粉老化前后的照片，以及 (c) 不同老化时间的相对发射强度；(d) 样品在水中浸泡不同时间的照片和 (e) 相对发射强度；(f) 所制备的 LED 在 60 mA 驱动电流下的 EL 光谱， (g) LED 3老化 500 小时前后的 EL 光谱以及 (h) LED不同老化时间的归一化发光效率。
总结/展望
研究团队通过两步表面重构策略，在粉体表面构建贫Mn4+层，并大幅提升表面晶体质量，从而显著提升了商用K2SiF6:Mn4+荧光粉的耐湿性能。改性K2SiF6:Mn4+荧光粉在85℃&85%RH高温高湿环境下老化6天，发射强度基本保持不变（~100%）；所封装制成的pc-LED器件在85℃&85%RH环境下老化500小时（驱动电流60mA），仍能保持97.9%的初始发光效率。研究工作为提高K2SiF6:Mn4+红色荧光粉的长期服役稳定性提供了可靠的技术方案。
图3. 表面重构策略及K2SiF6:Mn4+荧光粉耐湿性能提升。
相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，东南大学硕士研究生魏宇凡为文章的第一作者，邵起越教授为通讯作者。
通讯作者简介
邵起越 教授
邵起越：东南大学材料科学与工程学院教授/博导，主要从事微/纳米发光材料的开发、制备、发光调控及应用技术的研究。
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ACS Appl.Mater.Interfaces 2024, ASAP
Publication Date: October 8, 2024
https://doi.org/10.1021/acsami.4c12727
Copyright © 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Xing Yi Ling
Nanyang Technological University
Deputy Editor
Peter Müller-Buschbaum
Technische Universität München
ACS Applied Materials & Interfaces为化学家、工程师、物理学家和生物学家等的跨学科领域提供服务，重点探索如何具体应用开发新材料和研究界面过程
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