[發明專利]一種藍光激發的銅基雜化發光半導體材料及其應用

在審

• 申請號: 202011037114.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112159654A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 許讓棟;劉廣寧;陳名卓
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C09K11/06
• 分類號: C09K11/06;C07F1/08;H01L33/50
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 趙鳳

本發明公開了一種零維藍光激發銅基無機?有機雜化發光半導體材料及其制備方法。所述的發光半導體分子結構式為Cu₆(BPT)₆，該材料表現為有機配體和無機組分通過配位鍵相連的雜化零維齒輪狀結構。具體結構特征為三銅離子與三個有機配體的硫原子交替連接形成六元環，環中銅離子分別與另外三個有機配體中氮原子形成配位鍵，每個有機配體以橋聯的作用將兩個六元環平行固定，其中帶有溴基基團的有機配體以鋸齒狀均勻的分布在六元環周圍形成齒輪狀結構。通過選擇碘化亞銅，5?溴?2?巰基吡啶，碘化鉀，水，乙腈和氫碘酸為反應原料，在溶劑熱的條件下獲得了化合物Cu₆(BPT)₆的單晶，可以用于白光LED照明材料領域。

技術領域

本發明涉及發光材料領域，尤其涉及一種銅基雜化發光半導體材料Cu₆(BPT)₆與其照明應用，其中BPT為5-溴-2-巰基吡啶。

背景技術

發光二極管（LED）形式的固態照明（SSL）技術利用半導體將電轉換為光。白光LED作為一種新型綠色照明光源，具有低成本，能效高，壽命長，節能環保等諸多優點。這種光源已經普遍應用于顯示屏，車燈，室內外照明等。白光LED將取代傳統的照明光源，被認為是第四代固態照明光源，受到各國的廣泛關注。

目前，利用LED芯片合成白光的方式主要有三種：(1)將RGB三基色LED芯片封裝在一起。此方法雖然高效，但是成本高，發熱嚴重，隨著使用時間延長各LED芯片發光參數不容易控制一致。(2)利用近紫外光LED芯片激發與紅光，綠光，藍光三基色混合熒光粉來獲取白光。這種方法成本較高，操作難度較大。(3)藍光LED芯片配以黃色熒光粉(如YAG:Ce³⁺)，二者發出的光經過混合后形成白光。但這種方法獲得的白光由于紅光成分的缺失導致顯色指數較低，色溫較高。

因此，新型的LED芯片熒光粉既要實現高顯色指數、低色溫白光，又要低成本、無污染。藍光LED芯片本身的藍光加上藍光激發紅光和綠光構成三基色即可獲得白光，不僅有紅光成分的補充來調節顯色指數和色溫，同時減少混合熒光粉組分降低操作難度。發光金屬基雜化材料是一類具有廣闊應用前景的材料。其中銅基雜化發光半導體材料由于性質穩定，原料廉價易得，合成條件溫且光致發光性能優異，一直以來受到眾多研究者的關注。

當前，白光LED熒光粉材料完全依賴稀土（RE）元素，而稀土元素可能面臨嚴重的供應短缺，并且缺乏可回收性對環境具有破壞性。本發明中以碘化亞銅作為反應物與有機配體相結合構成零維金屬有機雜化發光半導體材料，屬于非稀土無污染有機金屬半導體材料；該材料最適激發波長460nm藍光激發發射紅光，并且展現出優異的光致發光性能，在發光照明材料研究領域具有重要價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種白光LED用銅基雜化紅色發光半導體材料；克服現階段稀土元素發光材料成本高以及稀土元素發光材料在合成和環境友好等方面的缺點，同時最佳激發波長匹配標準藍光芯片，大大降低白光LED器件制作難度，且具有良好的光致發光性能。

本發明的技術方案包括以下內容：

1. 一種零維銅基無機-有機雜化紅色發光半導體材料Cu₆(BPT)₆，式中的BPT表示5-溴-2-巰基吡啶。該化合物為單斜晶系，結晶于C2/c空間群，單胞參數為a = 23.6 (2) ?，b= 9.5 (2) ?，c = 18.9 (2) ?，α = 90 o，β = 93.5 (3) o，γ = 90 o；材料的晶體顏色為橘黃色，該材料表現為有機配體和無機(Cu₆)核通過配位鍵相連的雜化零維摩天輪狀結構；具體結構特征為六個銅離子與六個BPT配體的硫原子交替連接形成兩個(Cu₃S₃)六元環；每個有機配體再以橋聯的方式將兩個六元環平行固定，呈現出BPT配體均勻地分布在兩個六元環周圍形成摩天輪狀結構。