香港理工大学郝建华教授研究组Adv. Mater：基于压电光子学效应的磁场耦合动态非接触多彩可调控发光

【引言】

发光材料由于其在显示器，固态照明，传感器，存储器和生物成像中的广泛应用而被深入地研究。在这些应用中需要发光材料具有可调制的发光波长和发射强度。目前大多数研究集中在通过改变荧光材料的化学成分，晶体结构，相位，晶粒尺寸和表面基团来调控发光的性质。然而这些方法基本上都是非原位和不可逆的过程，通过原位和动态方法来调制具有固定组分荧光材料的发光是很少的，这种多色可调控发光材料的发展可能得到新的的应用。

【成果简介】

近日来，香港理工大学郝建华教授（通讯作者）研究组在基于压电光子学效应的磁场耦合多彩发光上取得重要进展，在Adv. Mater上发表题为“Temporal and Remote Tuning of Piezophotonic-Effect-Induced Luminescence and Color Gamut via Modulating Magnetic Field”的文章。在这项工作中报道的新方法是基于压电光子学效应，动态调制压电荧光体的能带结构和电荷载流子的陷阱深度，随后通过非接触激发诱导电荷陷阱的激活。这种能够耦合磁场动态调控发光材料的新发现将为磁光学传感，压电光子学，非破坏性环境监测，新型光源和显示技术等领域的应用和发展具有重要的促进作用。

【图文导读】

图1：磁场频率与发射光谱变化图

a 动态磁场激发下，基于ZnS:Al/Cu磁诱导发光(MIL)复合材料发光的示意图；

b 复合材料在各种频率下的归一化发射光谱，浅蓝色区域显示发射波长调制范围；

c 不同磁场调制频率下积分发射强度；

d 不同磁场调制频率下样品的发光图片。

图2：两个特征波长（472和503 nm）处的ZnS：Al，Cu的MIL单波长特征谱图

a 具有各种频率的正弦磁场下472和503 nm处发射的ZnS：Al，Cu的时间依赖发光强度谱；

b 不同激发调制频率下472和503 nm处发射的上升时间；

c不同激发调制频率下472和503nm处的相对MIL强度；

d 在472和503nm处的发射强度作为磁场强度的平方的线性函数拟合。

图3： ZnS：Al，Cu压电荧光体MIL的动态色彩调制机理的示意图

当将特定的金属离子（Al和Cu）掺杂到压电荧光体（ZnS）的主晶格中时，发生非等价替代，导致各种缺陷。这些缺陷产生发射不同颜色的发光中心。通常，硫化物空位（VS）归因于主晶体中的晶格失配，其可以通过获得自由电子而在导带（CB）之下形成浅的施主状态。不同能级的这些电荷陷阱通过库仑相互作用结合在一起，形成具有离散空间对内分离（r）的供体和受体对的各种发光中心。

图4：MIL复合材料的全彩显示

a MIL复合材料全彩显示示意图；

b 混合YAG：Ce荧光粉的MIL复合材料的色温调制图片；

c 不同比例YAG：Ce荧光粉的两个复合样品的色坐标调制范围；

d 多色MIL柔性复合材料显示香港理工大学的标志；

e RGB三色显示图；

f MIL复合材料的红光发射的瞬态特性。

【小结】

传统上采用化学方法改变样品的组成来实现发光材料的发射波长和颜色的调控通常是非原位和不可逆的。他们在这项工作中报道的新方法是基于压电发光材料的能带结构和电荷载流子的陷阱深度的动态控制，随后通过非接触激发诱导电荷陷阱的激活。实验中，通过调制磁场激发的频率，实现调控发射峰值波长和ZnS：Al，Cu荧光体颜色。此外，通过与YAG：Ce和（Ca_1-xSr_x）S：Eu持续荧光体的光子能量耦合来实现具有可调色温的RGB全色和白光，对发光光子发射机制提供了新见解。

文献链接：Temporal and Remote Tuning of Piezophotonic-Effect-Induced Luminescence and Color Gamut via Modulating Magnetic Field（Adv. Mater, 2017, DOI 10.1002/adma.201701945）

通讯作者简介：

郝建华教授，本科、硕士和博士毕业于华中科技大学，并先后工作于美国Penn State University，加拿大University of Guelph和香港大学。2006年起，郝建华教授开始执教于香港理工大学。目前，郝建华教授已发表约215篇SCI学术论文。研究兴趣包括金属离子掺杂发光材料与器件、功能薄膜二维材料、 纳米能源。研究组网页。

本文由材料人编辑部电子电工学术组杨超供稿，材料牛编辑整理。

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