基本信息
- 项目名称：
- 白光LED光转换发光材料稳定性能的提高研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 含卤素类荧光粉因具有发光亮度高、易制备等优点，在第四代照明光源-白光LED领域中有着很大的应用前景。然而，这类荧光粉的化学稳定性和热稳定性能不高，因而限制了其应用推广。项目以两种含卤素荧光粉作为研究对象，通过对其表面包覆二氧化硅膜，使荧光粉颗粒尽可能的避免与外界接触，从而达到提高其稳定性的效果。扫描电镜图、抗湿稳定性和热稳定性的实验结果表明，荧光粉表面包覆上了二氧化硅膜，稳定性得到显著提高。
- 详细介绍：
- 白光LED与传统的照明光源相比，具有体积小、耗能少、响应快、寿命长、无污染等优点，被喻为第四代照明光源，因为有着如此多的优点，所以其在未来的照明市场和节能应用方面有着显著的前景。白光LED的基本思路之一是以近紫外LED为芯片，结合蓝色、绿色和红色光转换发光材料来实现白光输出。荧光粉可作为制造白光LED过程中的实现白光输出的光转换发光材料，因此，研制出高发光性能及高稳定性能的荧光粉，对于提高白光LED的发光效率，发光性能非常必要。近年来，稀土元素掺杂型荧光粉使得荧光粉的光效值、流明数和显色性能大大提高，所以，此类荧光粉具备很大的研究价值。但是这类荧光粉在使用过程中，由于受到外界环境的作用，如白光LED发光产生的热能，空气中的水或其他气体等，破坏荧光粉的基质，使得荧光粉的发光效率降低，影响了白光LED的发光性能和使用寿命。 近年来，稀土元素掺杂型荧光粉使荧光粉的光效值、流明数和显色性能大大提高，具备很大的研究价值，这其中，稀土激活的碱土氯硅酸盐和氯硼酸盐材料是两类发光性能优良的基质材料，容易获得紫外-近紫外波段的高效激发，并且具有合成温度低、发光亮度高等优点，但是此类荧光粉化学稳定性能也不高，从而限制了其应用范围，因此非常有必要采取适当手段来提高其稳定性。 本项目提出对此类荧光粉采取表面改性的方法，用来提高其稳定性，即在其表面包覆一层SiO2无机膜，阻止荧光粉与外界环境中的物质反应，保证其发光性能，延长使用寿命。项目拟对两种典型的含卤素类荧光粉Ca3SiO4Cl2:0.02Eu2+和Ca2BO3Cl:0.02Eu2+进行包覆SiO2膜的方法，来提高两种荧光粉的化学稳定性和热稳定性能，从而使其在白光LED领域中获得广泛应用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写的目的在于向关注白光LED光转换发光材料稳定性能的研究者提出一种表面改性的方法，为这类荧光粉更好的推向市场打下基础，也希望通过撰写的论文展示项目组近一年来得到的实验成果。 撰写思路即主要通过摘要概括实验、介绍国内外研究现状、描述实验内容、对实验结果进行讨论、实验结论这几部分来把整个项目的研究过程和成果展示给读者。
科学性、先进性及独特之处
- 采用溶胶-凝胶法在荧光粉表面包覆上了SiO2膜。抗湿稳定性能通过分别在40mL水中浸泡2g包覆SiO2的样品（A）和原粉（B），两天后，分别稳定在9.41和12.60；浸泡过程中，取出部分两种样品，烘干，测得的荧光强度结果表明，A随时间降低较B缓慢；变温荧光光谱结果表明，A的蓝移程度较B的低，且发光强度在150摄氏度时，A和B分别为初始值的98%和78%。
应用价值和现实意义
- 目前，市场化的白光LED用荧光粉种类不多，且价格昂贵，因为荧光粉作为白光LED的光转换发光材料使用时，要求其具有较高稳定性能，所以可供选择的荧光粉种类较少。含卤素类荧光粉发光亮度高，但稳定性不高，限制了其在白光LED中的应用。项目得到的表面包覆SiO2的荧光粉抗湿稳定性和热稳定性能在原粉的基础上有明显的改善，这将使得其在白光LED光转换材料中得到更好的应用。
学术论文摘要
- 采用高温固相法合成了含卤素绿色发光的Ca3SiO4Cl2:Eu2+荧光粉和黄色发光的Ca2BO3Cl:Eu2+荧光粉，并且以正硅酸乙酯（TEOS）作为硅包膜剂，通过溶胶-凝胶法制得了表面包覆SiO2膜的荧光粉。用荧光光谱仪测量了荧光粉的发射光谱，用SEM和XRD对其表面形貌、晶格结构进行了表征，并且通过在水中浸泡和在不同温度下灼烧荧光粉的两种方法，测试了其抗湿性和热稳定性。结果表明，在Ca3SiO4Cl2:Eu2+荧光粉和Ca2BO3Cl:Eu2+荧光粉表面均匀包覆SiO2膜层后，荧光粉的晶格结构没有发生明显变化，但发光强度有所降低；荧光粉在水中浸泡后，pH变化值和荧光强度降低值较包膜前小；在不同温度下灼烧后，发光强度降低值和发射峰值蓝移程度也较包膜前小，说明包膜后的荧光粉稳定性得到显著提高。
获奖情况
- 一篇论文已于2011年2月发表在国际SCI英文期刊 Applied Surface Science 上，该期刊2009年影响因子1.616； 一篇论文已于2011年4月投稿至国际SCI英文期刊 Journal of Sol-Gel Science and Technology，该期刊2009年影响因子1.393，论文正处在审稿阶段。 项目于2011年4月在学校获得特等奖。
鉴定结果
- 本人承诺所参与项目实验和所提交的论文均为原创，绝无抄袭，愿承担一切与项目实验及论文相关责任。
参考文献
- 1. Z. G. Xia, J. Y. Sun, H. Y. Du, W. Zhou, Optical Mater., 28, 524 (2006). 2. J. Liu, H. Z. Lian, J. Y. Sun, C. S. Shi, Chem. Lett., Vol.34, No.10 (2005). 4. C. F. Guo, L. Luan, F. G. Shi, and X. Ding, J. Electrochem. Soc., 156 J125 (2009). 5. Z. G. Xia, Q. Li, J. Y. Sun, Mater. Lett., 61 1885 (2007). 6. S. Okamoto, H. Yamamoto, Electrochem. Solid State Lett., 12 J112 (2009). 7. Z. G. Xia, G. W. Li, D. M. Chen, H. Y. Xiao, Mater. Lett., 63 2600 (2009).
同类课题研究水平概述
- 含卤素类荧光粉具有发光效率高、制备过程简便等特点，在实际应用中有着比较明显的优势，但是这种荧光粉的化学稳定性不高，从而限制了其应用。目前，为了提高荧光粉的化学稳定性、改善其使用性能，通常采用表面包覆技术，在荧光粉的表面形成一层不溶于水的有机或无机薄膜。对于荧光粉表面的包膜层物质，要求其不能改变荧光粉的晶格结构，而且必须对荧光粉的激发光及发射光波长范围内的辐射具有良好的透过性。 荧光粉自身的稳定性在其应用中有着很大的影响作用，有时甚至是关键性的。对于荧光粉的表面包覆，理论上可采用有机或无机包覆，但是，因为有机物自身热稳定性能不高，对外界条件敏感，所以对于有机包覆的报道比较少见。另外，无机包覆较有机包覆简单，且比有机包覆得到的包覆型荧光粉热稳定性能要高，但无机物的透光性不高，也在一定程度上降低了荧光粉的发光强度。 对于含卤素类荧光粉的研究已有部分报道，但多数是对于荧光粉的基质，激活剂，制备工艺等方面进行研究，对于这类荧光粉的稳定性能的研究很少见。 基于以上对含卤素类荧光粉稳定性能研究的现状，项目提出采用二氧化硅包覆这类荧光粉来提高其抗湿和热稳定性能，使其在将来得到更好的应用。
