基本信息
- 项目名称：
- 白光LED用近紫外激发荧光粉的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 白光LED是一种最有发展前景的绿色照明光源。通过近紫外/紫外光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光LED，具有色彩还原性好、显色指数高和光效高等优点，成为实现白光LED的有效途径之一。本文尝试以铝硅酸盐为基质，采用高温固相法制备了系列近紫外/紫外光激发的荧光粉。研究了制备工艺制度、激活剂Eu2+离子浓度以及种类和助熔剂含量等因素对其结构和发光性能的影响。
- 详细介绍：
- 白光LED由于其具有体积小、发射热量少、寿命长和对环境无污染等优点，有逐渐取代高强度气体放电灯成为第四代光源的趋势。目前商业化的白光LED使用460nm蓝光InGaN芯片与发射黄光的YAG：Ce3+荧光粉组合形成，但仍存在发光颜色受驱动电压和荧光粉厚度影响较大，色彩还原性差等缺点。通过近紫外/紫外光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光LED，由于视觉对近紫外光不敏感，使白光LED的颜色由荧光粉确定，色彩还原性和显色指数高，光效高,克服了其他荧光粉发光颜色受驱动电压和荧光粉厚度影响较大，色彩还原性差等缺点。成为实现白光LED的有效途径之一。本文采用高温固相法制备了SrAl2Si2O8：Eu2+系列荧光粉，研究了灼烧温度以及助熔剂硼酸浓度和激活剂Eu2+离子浓度对发光性能的影响，研究了SrAl2Si2O8的微结构。结果表明，以3.0wt%H3BO3为助熔剂，在1250℃灼烧3h可制备发光性能优良的SrAl2Si2O8：Eu2+荧光粉，Eu2+离子的最佳掺杂浓度为2.5mol%，Eu2+离子浓度过大时的浓度猝灭是由电偶极-电四极之间的相互作用引起的。SrAl2Si2O8：Eu2+的激发和发射光谱均为宽带谱，在280～380nm光的激发下，可发射峰值波长位于429 nm的蓝色光。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品主要是培养大学生科学研究和科技论文撰写的能力，使其掌握科学研究的基本程序和方法，具备科技论文撰写能力，并为同行开展同类研究提供技术参考。 作品完成的思路是以铝硅酸盐为基质、Eu2+离子为激活剂，制备近紫外/紫外光激发的蓝色荧光粉。实验研究制备工艺制度、Eu2+离子浓度、助熔剂种类和含量等因素对结构和发光性能的影响。分析实验结果产生的原因，得出结论，撰写论文。
科学性、先进性及独特之处
- 通过近紫外/紫外光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光LED，由于视觉对近紫外光不敏感，使白光LED的颜色由荧光粉确定，色彩还原性和显色指数高，光效高,克服了其他荧光粉发光颜色受驱动电压和荧光粉厚度影响较大，色彩还原性差等缺点。成为实现白光LED的有效途径之一。 本文特色和创新之处在于以铝硅酸盐代替硅酸盐作为基质制备新型白光LED发光材料，实现紫外-近紫外激发发射蓝色荧光的性能。
应用价值和现实意义
- 白光LED由于其具有体积小、发射热量少、寿命长和对环境无污染等优点，有逐渐取代高强度气体放电灯成为第四代光源的趋势。目前商业化的白光LED仍存在发光颜色受驱动电压和荧光粉厚度影响较大，色彩还原性差等缺点。通过近紫外/紫外光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光LED，由于视觉对近紫外光不敏感，使白光LED的颜色由荧光粉确定，色彩还原性和显色指数高，光效高，成为实现白光LED的有效途径之一。
学术论文摘要
- 采用高温固相法制备了SrAl2Si2O8：Eu2+系列荧光粉，研究了灼烧温度以及助熔剂硼酸浓度和激活剂Eu2+离子浓度对发光性能的影响，研究了SrAl2Si2O8的微结构。结果表明，以3.0wt%H3BO3为助熔剂，在1250℃灼烧3h可制备发光性能优良的SrAl2Si2O8：Eu2+荧光粉，Eu2+离子的最佳掺杂浓度为2.5mol%，Eu2+离子浓度过大时的浓度猝灭是由电偶极-电四极之间的相互作用引起的。SrAl2Si2O8：Eu2+的激发和发射光谱均为宽带谱，在280～380nm光的激发下，可发射峰值波长位于429 nm的蓝色光。
获奖情况
- 1、本文在2010年8月在《无机化学学报》第26卷第8期发表，页码1409-1414，并被SCI检索。 2、曾获得王大珩奖学基金学术论文奖。 3、获得挑战杯我省课外科学技术大赛一等奖。 4、获得我学校第一届创新论坛最佳学术论文奖。 5、所研究课题获得国家级大学生创新性实验计划项目一项，现已顺利结题。
鉴定结果
- 经科技查新，没有发现该荧光粉的报道，这是我们的创新性成果。
参考文献
- [1] WangY H, Wang Z Y, ZhangPY. Mater. Lett., 2004,58(26): 3308-3311 [2] Zhang Q., Wang J., Zhang M.,et al. Appl.Phys.A, 2007, 88: 805-809 [3] Zhang Q., Wang J., Zhang M.. Appl.Phys.A, 2008, 92: 195-198 [4] Kuang J.Y., Liu Y.L., Zhang J.X.J.Mater Sci.,2006,41: 5500-5503 [5] Van Uiter L.G.. Journal of Luminescence, 1984,29(1):1-9 [6] Blasse G,Bril A.Philips Research Reports,1968(23):189 [7] Thomas L.B. J.Electrochem.Soc. 1968,115: 1181~1183 [8] Dexter D. L., Schulman J. H, J. Chem. Phys. 1954, 22: 1063
同类课题研究水平概述
- 1正硅酸盐(ASiO4)基质磷光体技术公司( Phosphortech corperation)在 2003 年向美国专利局申请并于 2006 年获得授权的美国专利US6982045披露了一种荧光粉,其化学式为:SrxBayCazSiO4∶Eu2+。该荧光粉由固相反应制得,其激发光峰值在360～480nm 之间,并能发射出较宽波长的黄光,同时也有绿光和红光发出,因此稍加改进也可以作为单相的白光荧光粉。南京大学的 Xueliang Zhang 等报道了一种通过高温固相反应法制得的白色荧光粉—Li2SrSiO4∶Eu2+,Ce3+,其在近紫外也有较强的吸收,发射谱主要由2个较宽的Ce3+的413nm蓝色发射带和Eu2+的575nm黄色发射带组成。随着Eu2+和Ce3+掺量的不同,色坐标在(0.38 ,0.35)到(0.21 ,0.25)之间变化，因此认为这是一种很有前途的单一基质白光LED荧光粉。 2 碱土焦硅酸盐型(A2DSi2O7)基质通用公司申请并于2001年获得授权的美国专利US6255670披露了一种荧光粉,其化学式为 A2DSi2O7∶Eu2+(A 是Sr ,Ca ,Ba的1种或几种,D是Mg和Zn) 。这种荧光粉在还原气氛中经2次煅烧制得,它能在 320～420nm强烈吸收,发射高强度的绿光,并附带发出蓝、红光，常被用作三基色荧光粉中的绿粉。但其发光覆盖了可见光的大部分,因此也可以作为单相基质经紫外激发后发出白光。 3 镁硅钙石型(A3MgSi2O8 ,A为Ca ,Ba ,Sr等)基 质 2004年底, 韩国J .S. Kim等报道用固相反应法制备出了适于近紫外光激发的Ba3MgSi2O8∶Eu2 +,Mn2 +单一相白光荧光粉,从而使这类荧光粉的研发获得较大突破 2006年6月王继磊等报道了用喷雾热解溶胶凝胶法制备平均粒径为4.45μm的同一基质Ba3MgSi2O8∶Eu2+,Mn2+三色发射合成白光的LED荧光体。
