基本信息
- 項目名稱：
- 白光LED光轉換發(fā)光材料穩(wěn)定性能的提高研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 含鹵素類熒光粉因具有發(fā)光亮度高、易制備等優(yōu)點，在第四代照明光源-白光LED領域中有著很大的應用前景。然而，這類熒光粉的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性能不高，因而限制了其應用推廣。項目以兩種含鹵素熒光粉作為研究對象，通過對其表面包覆二氧化硅膜，使熒光粉顆粒盡可能的避免與外界接觸，從而達到提高其穩(wěn)定性的效果。掃描電鏡圖、抗?jié)穹€(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的實驗結果表明，熒光粉表面包覆上了二氧化硅膜，穩(wěn)定性得到顯著提高。
- 詳細介紹：
- 白光LED與傳統(tǒng)的照明光源相比，具有體積小、耗能少、響應快、壽命長、無污染等優(yōu)點，被喻為第四代照明光源，因為有著如此多的優(yōu)點，所以其在未來的照明市場和節(jié)能應用方面有著顯著的前景。白光LED的基本思路之一是以近紫外LED為芯片，結合藍色、綠色和紅色光轉換發(fā)光材料來實現(xiàn)白光輸出。熒光粉可作為制造白光LED過程中的實現(xiàn)白光輸出的光轉換發(fā)光材料，因此，研制出高發(fā)光性能及高穩(wěn)定性能的熒光粉，對于提高白光LED的發(fā)光效率，發(fā)光性能非常必要。近年來，稀土元素摻雜型熒光粉使得熒光粉的光效值、流明數和顯色性能大大提高，所以，此類熒光粉具備很大的研究價值。但是這類熒光粉在使用過程中，由于受到外界環(huán)境的作用，如白光LED發(fā)光產生的熱能，空氣中的水或其他氣體等，破壞熒光粉的基質，使得熒光粉的發(fā)光效率降低，影響了白光LED的發(fā)光性能和使用壽命。 近年來，稀土元素摻雜型熒光粉使熒光粉的光效值、流明數和顯色性能大大提高，具備很大的研究價值，這其中，稀土激活的堿土氯硅酸鹽和氯硼酸鹽材料是兩類發(fā)光性能優(yōu)良的基質材料，容易獲得紫外-近紫外波段的高效激發(fā)，并且具有合成溫度低、發(fā)光亮度高等優(yōu)點，但是此類熒光粉化學穩(wěn)定性能也不高，從而限制了其應用范圍，因此非常有必要采取適當手段來提高其穩(wěn)定性。 本項目提出對此類熒光粉采取表面改性的方法，用來提高其穩(wěn)定性，即在其表面包覆一層SiO2無機膜，阻止熒光粉與外界環(huán)境中的物質反應，保證其發(fā)光性能，延長使用壽命。項目擬對兩種典型的含鹵素類熒光粉Ca3SiO4Cl2:0.02Eu2+和Ca2BO3Cl:0.02Eu2+進行包覆SiO2膜的方法，來提高兩種熒光粉的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性能，從而使其在白光LED領域中獲得廣泛應用。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 作品撰寫的目的在于向關注白光LED光轉換發(fā)光材料穩(wěn)定性能的研究者提出一種表面改性的方法，為這類熒光粉更好的推向市場打下基礎，也希望通過撰寫的論文展示項目組近一年來得到的實驗成果。 撰寫思路即主要通過摘要概括實驗、介紹國內外研究現(xiàn)狀、描述實驗內容、對實驗結果進行討論、實驗結論這幾部分來把整個項目的研究過程和成果展示給讀者。
科學性、先進性及獨特之處
- 采用溶膠-凝膠法在熒光粉表面包覆上了SiO2膜。抗?jié)穹€(wěn)定性能通過分別在40mL水中浸泡2g包覆SiO2的樣品（A）和原粉（B），兩天后，分別穩(wěn)定在9.41和12.60；浸泡過程中，取出部分兩種樣品，烘干，測得的熒光強度結果表明，A隨時間降低較B緩慢；變溫熒光光譜結果表明，A的藍移程度較B的低，且發(fā)光強度在150攝氏度時，A和B分別為初始值的98%和78%。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 目前，市場化的白光LED用熒光粉種類不多，且價格昂貴，因為熒光粉作為白光LED的光轉換發(fā)光材料使用時，要求其具有較高穩(wěn)定性能，所以可供選擇的熒光粉種類較少。含鹵素類熒光粉發(fā)光亮度高，但穩(wěn)定性不高，限制了其在白光LED中的應用。項目得到的表面包覆SiO2的熒光粉抗?jié)穹€(wěn)定性和熱穩(wěn)定性能在原粉的基礎上有明顯的改善，這將使得其在白光LED光轉換材料中得到更好的應用。
學術論文摘要
- 采用高溫固相法合成了含鹵素綠色發(fā)光的Ca3SiO4Cl2:Eu2+熒光粉和黃色發(fā)光的Ca2BO3Cl:Eu2+熒光粉，并且以正硅酸乙酯（TEOS）作為硅包膜劑，通過溶膠-凝膠法制得了表面包覆SiO2膜的熒光粉。用熒光光譜儀測量了熒光粉的發(fā)射光譜，用SEM和XRD對其表面形貌、晶格結構進行了表征，并且通過在水中浸泡和在不同溫度下灼燒熒光粉的兩種方法，測試了其抗?jié)裥院蜔岱€(wěn)定性。結果表明，在Ca3SiO4Cl2:Eu2+熒光粉和Ca2BO3Cl:Eu2+熒光粉表面均勻包覆SiO2膜層后，熒光粉的晶格結構沒有發(fā)生明顯變化，但發(fā)光強度有所降低；熒光粉在水中浸泡后，pH變化值和熒光強度降低值較包膜前??；在不同溫度下灼燒后，發(fā)光強度降低值和發(fā)射峰值藍移程度也較包膜前小，說明包膜后的熒光粉穩(wěn)定性得到顯著提高。
獲獎情況
- 一篇論文已于2011年2月發(fā)表在國際SCI英文期刊 Applied Surface Science 上，該期刊2009年影響因子1.616； 一篇論文已于2011年4月投稿至國際SCI英文期刊 Journal of Sol-Gel Science and Technology，該期刊2009年影響因子1.393，論文正處在審稿階段。 項目于2011年4月在學校獲得特等獎。
鑒定結果
- 本人承諾所參與項目實驗和所提交的論文均為原創(chuàng)，絕無抄襲，愿承擔一切與項目實驗及論文相關責任。
參考文獻
- 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).
同類課題研究水平概述
- 含鹵素類熒光粉具有發(fā)光效率高、制備過程簡便等特點，在實際應用中有著比較明顯的優(yōu)勢，但是這種熒光粉的化學穩(wěn)定性不高，從而限制了其應用。目前，為了提高熒光粉的化學穩(wěn)定性、改善其使用性能，通常采用表面包覆技術，在熒光粉的表面形成一層不溶于水的有機或無機薄膜。對于熒光粉表面的包膜層物質，要求其不能改變熒光粉的晶格結構，而且必須對熒光粉的激發(fā)光及發(fā)射光波長范圍內的輻射具有良好的透過性。 熒光粉自身的穩(wěn)定性在其應用中有著很大的影響作用，有時甚至是關鍵性的。對于熒光粉的表面包覆，理論上可采用有機或無機包覆，但是，因為有機物自身熱穩(wěn)定性能不高，對外界條件敏感，所以對于有機包覆的報道比較少見。另外，無機包覆較有機包覆簡單，且比有機包覆得到的包覆型熒光粉熱穩(wěn)定性能要高，但無機物的透光性不高，也在一定程度上降低了熒光粉的發(fā)光強度。 對于含鹵素類熒光粉的研究已有部分報道，但多數是對于熒光粉的基質，激活劑，制備工藝等方面進行研究，對于這類熒光粉的穩(wěn)定性能的研究很少見。 基于以上對含鹵素類熒光粉穩(wěn)定性能研究的現(xiàn)狀，項目提出采用二氧化硅包覆這類熒光粉來提高其抗?jié)窈蜔岱€(wěn)定性能，使其在將來得到更好的應用。
