基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 白光LED用新型紅色稀土多硅酸鹽熒光粉的制備及性質(zhì)研究
- 來(lái)源:
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類:
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介:
- 本項(xiàng)目選定性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽材料為基質(zhì),采用凝膠燃燒法合成了三大系列新型紅色稀土多硅酸鹽熒光粉,對(duì)材料組成、結(jié)構(gòu)、激活劑、電荷補(bǔ)償劑、輔助激活劑等與其材料發(fā)光性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。對(duì)于豐富固體發(fā)光理論、研究和開(kāi)發(fā)白光LED用新型高效紅色稀土硅酸鹽熒光粉具有重要的意義。
- 詳細(xì)介紹:
- 白光LED以體積小、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的極大關(guān)注,被譽(yù)為第四代照明光源,應(yīng)用前景十分廣闊。而利用近紫外-紫光(NUV,350-410nm)LED芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)三基色熒光粉產(chǎn)生白光已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)白光LED的主流技術(shù)方案。因而,研究開(kāi)發(fā)高亮度的、性質(zhì)穩(wěn)定的可被NUV激發(fā)的白光LED用新型紅色發(fā)光材料有重要的理論及實(shí)際意義。本項(xiàng)目選定性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽材料為基質(zhì),利用凝膠-燃燒法率先合成了SrMgSi2O6∶Eu3+,Sr2MgSi2O7∶Eu3+,Sr3MgSi2O8∶Eu3+三大系列可被NUV激發(fā)的紅色稀土多硅酸鹽熒光粉, 并對(duì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、激活劑、電荷補(bǔ)償劑、輔助激活劑等與其材料發(fā)光性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明: 1.該方法具有離子分散均勻,合成溫度低,熱處理時(shí)間短,樣品結(jié)晶度高等優(yōu)點(diǎn)。 2.系列新型紅色稀土多硅酸鹽熒光粉的激發(fā)光譜均由位于200nm-350nm 的Eu-O電荷遷移帶以及主峰位于400 nm左右的系列銳譜線兩部分組成,分布范圍寬,可以用作紫外、近紫外、紫光LED光轉(zhuǎn)換材料,應(yīng)用前景廣闊。 3.在Sr1-x MgSi2O6∶Eu3+x、Sr2-xMgSi2O7: Eu3+x系列樣品中,未發(fā)現(xiàn)明顯的濃度猝滅,且材料發(fā)光強(qiáng)度較大;在Sr3-xMgSi2O8:Eu3+x系列樣品中,當(dāng)Eu3+摩爾濃度達(dá)到8%時(shí),出現(xiàn)濃度猝滅現(xiàn)象。 4.共摻適量電荷補(bǔ)償劑Li+、Na+、K+,或敏化劑 Gd3+或Ti4+均能有效提高樣品的紅光發(fā)射強(qiáng)度。 硅酸鹽系紅色稀土熒光粉的化學(xué)性質(zhì)與現(xiàn)有的紅色熒光粉硫化物、鋁酸鹽體系相比,具有穩(wěn)定,耐水性好,環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn),而且Si源豐富,價(jià)廉易得,同時(shí)燒結(jié)溫度比鋁酸鹽體系低100℃以上,且工藝流程簡(jiǎn)單條件溫和,因而是極有前途的一類紅色發(fā)光材料。
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 白光LED以體積小、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為第四代照明光源。而目前實(shí)現(xiàn)白光LED的主流技術(shù)方案是利用近紫外-紫光(350-410nm)LED芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)三基色熒光粉產(chǎn)生白光?,F(xiàn)有的紅色熒光粉主要有硫化物、氮化物等,但是硫化物化學(xué)穩(wěn)定性差,易分解;氮化物合成條件苛刻,方法復(fù)雜。而本項(xiàng)目旨在研究開(kāi)發(fā)高亮度的、性質(zhì)穩(wěn)定的白光LED用新型紅色發(fā)光材料。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 凝膠-燃燒法具有組分均勻,合成溫度低,樣品結(jié)晶度高等優(yōu)點(diǎn)。系列紅色稀土多硅酸鹽熒光粉的激發(fā)光譜分布范圍寬,可用作紫外、近紫外LED光轉(zhuǎn)換材料,應(yīng)用前景廣闊。在Eu3+摻雜SrMgSi2O6、Sr2MgSi2O7樣品中,未發(fā)現(xiàn)濃度猝滅;在Sr3MgSi2O8:Eu3+中,Eu3+濃度為8%時(shí),出現(xiàn)濃度猝滅。共摻適量電荷補(bǔ)償劑Li+、Na+、K+或敏化劑Gd3+或Ti4+能有效提高樣品發(fā)光亮度。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 硅酸鹽體系紅色稀土熒光粉的化學(xué)性質(zhì)與現(xiàn)有硫化物、鋁酸鹽體系熒光粉相比,具有穩(wěn)定、耐水性好、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn),而且Si源豐富,價(jià)廉易得,同時(shí)工藝流程簡(jiǎn)單,反應(yīng)條件溫和,是極有前途的一類紅色發(fā)光材料。加之,其最強(qiáng)銳線峰位于400nm左右,可以被近紫外輻射有效激發(fā),有望成為與InGaN管芯匹配的白光LED用高效紅色熒光粉,在城市景觀照明、大屏幕顯示、交通信號(hào)燈等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文采用凝膠-燃燒法合成了Eu3+摻雜SrMgSi2O6、Sr2MgSi2O7、Sr3MgSi2O8三大系列紅色稀土多硅酸鹽熒光粉,用X射線衍射、熒光分光光度計(jì)等對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行了分析和表征。結(jié)果表明:SrMgSi2O6:Eu3+,Sr2MgSi2O7:Eu3+為四方晶系結(jié)構(gòu),Sr3MgSi2O8:Eu3+為正交晶系結(jié)構(gòu)。此三個(gè)系列樣品的激發(fā)光譜均在220~350nm之間出現(xiàn)O-Eu的電荷遷移帶;350nm以后的銳線峰為Eu3+的f-f躍遷吸收峰,最強(qiáng)峰位于400nm,因而,可以被近紫外輻射有效激發(fā)。發(fā)射光譜由兩個(gè)強(qiáng)發(fā)射峰組成,位于592nm和618nm處,分別屬于Eu3+的5D0→7F1和5D0→7F2躍遷。在Sr1-xMgSi2O6:Eu3+x、Sr2-xMgSi2O7:Eu3+x系列樣品中,未發(fā)現(xiàn)濃度猝滅,且材料發(fā)光強(qiáng)度較大;在Sr3-xMgSi2O8:Eu3+x系列樣品中,當(dāng)Eu3+濃度為8%時(shí),出現(xiàn)濃度猝滅現(xiàn)象。此外,發(fā)現(xiàn)共摻Gd3+或Ti4+均能可有效提高樣品的紅光發(fā)射。因此,此三大系列紅色稀土多硅酸鹽熒光粉有望成為與InGaN管芯匹配的白光LED用高效紅色熒光粉。
獲獎(jiǎng)情況
- 部分研究成果已投《Journal of Rare Earth》
鑒定結(jié)果
- 通過(guò)在百度網(wǎng)站搜索(凝膠-燃燒法合成SrMgSi2O6:Eu3+,Sr2MgSi2O7:Eu3+ ,Sr3MgSi2O8:Eu3+),未發(fā)現(xiàn)與本課題研究?jī)?nèi)容完全相同的專利、論文或報(bào)告。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 白光LED擁有高效節(jié)能、綠色環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為第四代照明光源,應(yīng)用前景廣泛。目前獲取白光LED的主流技術(shù)為利用近紫外-紫光(350-410nm)LED芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)三基色熒光粉產(chǎn)生白光。由于人眼對(duì)350~410 nm波段的光不敏感,這種體系發(fā)出的白光只由熒光粉的顏色決定,因而可以減少白光點(diǎn)的漂移。目前紅色熒光粉主要有硫化物、氮化物等,但是硫化物發(fā)光材料,化學(xué)穩(wěn)定性差;氮化物類發(fā)光材料合成條件苛刻,方法復(fù)雜,因此限制了其應(yīng)用。因而,研究開(kāi)發(fā)高亮度的、性質(zhì)穩(wěn)定的白光LED用新型紅色發(fā)光材料有重要的理論及實(shí)際意義。 硅酸鹽基質(zhì)發(fā)光材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,且其合成工藝流程簡(jiǎn)單,反應(yīng)條件溫和,因而,近年來(lái)成為發(fā)光材料研究的熱點(diǎn)。從研究近紫外LED用熒光粉的角度,近期人們對(duì)M2SiO4體系十分重視。Park等報(bào)道了Sr2SiO4:Eu2+可被400nm有效激發(fā),并發(fā)射550nm的黃光,可與400nm的近紫外光LED芯片組裝得白光;在Sr2SiO4:Eu2+中摻入適量Ba、Mg可增強(qiáng)其藍(lán)光激發(fā)的強(qiáng)度;Lim等報(bào)道了Ba2SiO4:Eu2+可被410nm的LED有效激發(fā),并發(fā)射510nm的綠光;Yoo等通過(guò)改變M(M=Ca,Ba,Mg)與Sr的比例可以使熒光粉(Sr,M)2SiO4:Eu2+的激發(fā)光譜從紫外300nm移到460nm,而發(fā)射光從藍(lán)光到黃光。Kim等報(bào)道了M2SiO4:Eu2+ (M=Ca,Ba,Mg)不同溫度下的發(fā)射光譜,并提出此熒光粉為可被紫外LED激發(fā)的綠粉。此外,近年來(lái)又開(kāi)展了對(duì)R3MgSi2O8 (R =Ba , Sr , Ca) 為基的熒光粉的研究。Kin J S報(bào)道了適于近紫外光激發(fā)的Ba3MgSi2O8 :Eu2+、Sr 3MgSi2O8 :Eu2+和Sr 3MgSi2O8 :Eu2+,Mn2+單一相白色熒光粉。我國(guó)研究人員研制了Sr 2MgSiO5 :Eu2+單一相白色熒光粉。對(duì)于其它硅酸鹽體系紫光和近紫外LED激發(fā)的熒光粉報(bào)道還很少,尤其是對(duì)硅酸鹽紅色熒光粉的研究較少。 本文采用凝膠-燃燒法成功合成了SrMgSi2O6∶Eu3+,Sr2MgSi2O7∶Eu3+,Sr3MgSi2O8∶Eu3+三大系列紅色稀土多硅酸鹽熒光粉,為研究和開(kāi)發(fā)白光LED用新型高效紅色稀土硅酸鹽熒光粉提供理論及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。