微波辅助合成ZnS:Mn厚膜器件的电致发光性能优化及其在高效ACPEL面板中的应用

针对传统ZnS:Mn合成方法存在的反应时间长、粒径控制差及相不稳定等问题，拉脱维亚大学团队采用微波辅助溶剂热合成(MWST)结合烧结工艺，成功制备出高结晶度ZnS:Mn颗粒。XRD证实其以立方闪锌矿相为主，烧结后出现六方纤锌矿次相，光致发光显示强橙黄发射（585 nm）。基于该材料制备的ACPEL面板在适度激发条件下实现峰值发光，为高性能电致发光器件提供了可规模化生产的解决方案。

　　

在照明与显示技术领域，电致发光(EL)器件因其均匀发光和高能效特性成为核心组件。其中锰掺杂硫化锌(ZnS:Mn)因明亮的橙黄发射（585 nm，源于Mn²⁺的⁴T₁→⁶A₁跃迁）和环境友好性备受青睐。然而，传统合成方法如溶胶-凝胶法耗时漫长，共沉淀法易致颗粒团聚，而有机金属合成成本高昂，这些问题严重制约了材料性能与规模化生产。

为突破这些限制，拉脱维亚大学固体物理研究所的Madara Klave团队创新性地采用微波辅助溶剂热合成(MWST)结合烧结工艺，成功制备出高纯度ZnS:Mn颗粒，并用于构建交流粉末电致发光(ACPEL)面板。该研究成果发表于《Journal of Luminescence》，揭示了材料相态调控与器件性能的关联性。

研究团队通过X射线衍射(XRD)追踪材料相变，发现初始合成的ZnS:Mn以立方闪锌矿相为主，烧结后出现六方纤锌矿次相，且结晶度显著提升。光致发光测试显示材料在585 nm处呈现强发射峰，证实Mn²⁺的有效掺杂。基于此制备的ACPEL面板在中等激发电压/频率下达到最佳发光性能，其关键在于MWST法赋予的窄粒径分布和可控形貌。

主要技术方法

1. 微波辅助溶剂热合成：以ZnCl₂、Na₂S和Mn(CH₃COO)₂为前驱体，乙二醇为溶剂，通过微波均匀加热实现快速成核；
2. 烧结工艺：在惰性气氛中处理以增强结晶度并抑制ZnS氧化；
3. 结构表征：采用XRD分析相组成，结合光致发光光谱评估发光特性；
4. 器件性能测试：测量ACPEL面板在不同电压/频率下的发光强度。

研究结果
Synthesis of ZnS:Mn
通过优化MWST参数，获得粒径均匀的ZnS:Mn前驱体，烧结后材料保持立方相主导结构，但出现纤锌矿相特征峰。

Results and discussion
XRD显示烧结后衍射峰窄化，证实结晶度提升。光致发光强度较传统方法提高30%，归因于Mn²⁺在晶格中的均匀分布。ACPEL面板在100 V/400 Hz时亮度达峰值，且薄发光层（<50 μm）展现最佳性能。

Summary
MWST法合成的ZnS:Mn兼具立方相稳定性和纤锌矿相高带隙优势，器件测试表明其适用于高场EL应用。该方法较传统工艺节能40%，且产物批次一致性显著改善。

重要意义
该研究首次将MWST技术系统应用于ZnS:Mn合成，解决了相纯度和粒径控制的行业难题。所开发的ACPEL面板在低能耗下实现高亮度输出，为柔性显示和节能照明提供了新材料方案。作者指出，未来可通过调控两相比例进一步优化器件寿命，推动EL技术的商业化进程。