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基于微分相调控晶化与选择性富集增强发光的LED照明用多相白光玻璃陶瓷研究
结题报告
批准号:
51672243
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
乔旭升
依托单位:
学科分类:
E0201.人工晶体与玻璃材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
樊先平、万军、马荣华、赵君婕、王长建、肖尧、王媛
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中文摘要
“紫外LED+多相白光玻璃陶瓷”被认为是大功率LED照明同时实现高光效和高显色指数的最重要研究方向之一,但亟需解决设计制备多相玻璃陶瓷的结晶化学难题、抑制发光中心间发光猝灭的发光动力学难题、及协调多发光中心高效产生白光的配位场调控难题。为此,本项目拟在氟铝硼硅酸盐玻璃体系中:1)基于微分相调控析晶思路,采用“模拟分相-预测析晶-设计组成”的分子动力学方法和“熔制-微分相-晶化”的制备方法,研制一类含SrF2晶相、富B2O3微分相、富ZnO-Al2O3微分相的多相玻璃陶瓷;2)利用具有允许跃迁的Eu2+、[(Ag)m]n+、[(Ag)x]y+分别选择性富集重掺于玻璃陶瓷的SrF2晶相、富B2O3微分相、富ZnO-Al2O3微分相,克服发光中心间发光猝灭,提高光效;3)结合激发态与光谱计算,优化Eu2+、[(Ag)m]n+、[(Ag)x]y+局域配位环境,使其具有相同紫外激发和不同蓝绿红发射波段,协作产生高显色指数白光。
英文摘要
The strategy of “UV-LED + Multi-phase White Luminescent Glass-ceramics” is considered as one of the most prospective method to realize general illumination via high power WLEDs simultaneously with high external quantum efficiency (EQE) and high color rendering index (CRI), but it still remain several challenges need to be urgently overcome. The first is how to design and prepare multi-crystalline-phase glass-ceramics in Crystal Chemistry. The second is how to suppress luminescence quenching among different activators in Luminescence Dynamics. The third is how to fit different activators with suitable Ligand Field to obtain targeted excitation/emission band. To well solve these critical issues, we propose to develop one type of multi-phase white luminescent fluoro-boro-alumino-silicate glass-ceramics with homogeneously dispersing Eu2+ doped SrF2 nano-crystallites, molecule-like [(Ag)m]n+ doped B2O3-rich micro-phase separation, and [(Ag)x]y+ doped ZnO-Al2O3-rich micro-phase separation. 1) The molecular dynamic simulation method of “phase separation simulation – predicting crystallization – composition designation” and the preparation method of “melting – pre-separated micro-phase – induced crystallization” will be jointly utilized to develop the multi-phase glass-ceramics containing SrF2 nano-crystallites, B2O3-rich micro-phases and ZnO-Al2O3-rich micro-phases. 2) In order to suppress luminescence quenching among different activators, the parity-permitted transition possessed activators, such as self-stabilized Eu2+, molecule-like [(Ag)m]n+ and [(Ag)x]y+, will doped to selectively enrich into SrF2 nano-crystallites, B2O3-rich micro-phases and ZnO-Al2O3-rich micro-phases. This will help the glass-ceramics to be luminescently functionalized with large UV absorption and intense visible emission. 3) The energy levels and luminescence spectra will be theoretically simulated to comparatively study and adjust the local coordination environments of Eu2+, [(Ag)m]n+ and [(Ag)x]y+ to fit their excitations into the same UV region and separation their emissions into different blue/green/red region. It is favored by the generation of white light emitting with warm correlative color temperature (CCT) and high CRI. The deployment of this proposal will provide new critical luminescent materials and theoretical methodology for developing high power WLED devices with high EQE, warm CCT, high CRI and good thermostability, showing great scientific research significance and bright engineering application prospect.
LED照明技术是进入21世纪以来各国大力发展的新型节能照明技术。“紫外LED+多相白光玻璃陶瓷”被认为是大功率LED照明同时实现高光效和高显色指数的最重要研究方向之一,但亟需解决设计制备多相玻璃陶瓷的结晶化学难题、抑制发光中心间发光猝灭的发光动力学难题、及协调多发光中心高效产生白光的配位场调控难题。为此,本项目设计、制备和研究了一类氟锌铝硼硅酸盐玻璃,主要获得了以下重要结果和关键数据:.(1).基于微分相调控析晶的思路,采用“模拟分相-预测析晶-设计组成”的分子动力学设计方法和“熔制成型-微分相-晶化”的制备方法,设计并研制了一类均匀含有SrF2晶相、富B2O3微分相和ZnAl2O4晶相的Ag/Eu2+共掺 SiO2-Al2O3-B2O3-Na2O-SrO/SrF2-ZnO/ZnF2多相玻璃陶瓷;.(2).利用具有允许跃迁的二价Eu2+、类分子态Agmn+、离子对(Ag+)2等高效发光中心分别选择性富集并均匀重掺于多相玻璃陶瓷的SrF2晶相、富B2O3微分相、ZnAl2O4晶相,克服发光中心间的发光猝灭问题,实现材料的强吸收和高效发光功能化。其中,单相玻璃陶瓷的蓝、绿、红发光内量子效率分别可达78.14 %、55.7%和26.8%。.(3).结合激发态与光谱计算,优化Eu2+、Agmn+、(Ag+)2局域化学配位状态使其具有一致的紫外激发波段和分别具有蓝、绿、红三基色发射波段,协作产生暖色温、高显色指数白光。多相玻璃和玻璃陶瓷的白光内量子效率分别可达67.38 %和39.17 %。.(4).试制了3W的单芯片和50W的多芯片LED灯,获得了一类暖白光、高显色指数的大功率固态照明器件,其色坐标为(0.32,0.36)、色温为5900K左右、显色指数可达89。.因此,本项目成果为研发一类大功率、暖色温、高显色指数的新型LED照明器件提供了新的材料基础和理论方法,具有重要的科学意义和工程应用价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1111/jace.16098
发表时间:2018-10
期刊:Journal of the American Ceramic Society
影响因子:3.9
作者:Abhishek Wadhwa;Changjian Wang;Chenhao Wang;R. Ma;X. Qiao;X. Fan;G. Qian
通讯作者:Abhishek Wadhwa;Changjian Wang;Chenhao Wang;R. Ma;X. Qiao;X. Fan;G. Qian
DOI:10.1111/jace.17299
发表时间:2020-06
期刊:Journal of the American Ceramic Society
影响因子:3.9
作者:Xiuxia Xu;Junjie Zhao;Xiaotong Chen;Qian Xu;Ting Wang;S. Yu;Xuhui Xu;X. Qiao;Jincheng Du;X. Fan;J. Qiu;G. Qian
通讯作者:Xiuxia Xu;Junjie Zhao;Xiaotong Chen;Qian Xu;Ting Wang;S. Yu;Xuhui Xu;X. Qiao;Jincheng Du;X. Fan;J. Qiu;G. Qian
Dual mode temperature sensing through luminescence lifetimes of F- and O-coordinated Cr3+ sites in fluorosilicate glass-ceramics
通过氟硅酸盐玻璃陶瓷中 F 和 O 配位 Cr3 位点的发光寿命进行双模式温度传感
DOI:10.1039/c7ra10864h
发表时间:2017-11
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Changjian Wang;Abhishek Wadhwa;Shuo Cui;Ronghua Ma;Xvsheng Qiao;Xianping Fan;Xianghua Zhang
通讯作者:Xianghua Zhang
DOI:10.1039/c8cp04536d
发表时间:2018-09
期刊:Physical chemistry chemical physics : PCCP
影响因子:--
作者:Xiaotong Chen;Junjie Zhao;Xiu-lin Xu;Kai Ren;Xue Luo;Xinwen Sun;X. Qiao;X. Fan;G. Qian
通讯作者:Xiaotong Chen;Junjie Zhao;Xiu-lin Xu;Kai Ren;Xue Luo;Xinwen Sun;X. Qiao;X. Fan;G. Qian
DOI:10.1039/c8ra06843g
发表时间:2018-10-04
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Wang, Chenhao;Chen, Xiaotong;Luo, Xue;Zhao, Junjie;Qiao, Xvsheng;Liu, Yong;Fan, Xianping;Qian, Guodong;Zhang, Xianghua;Han, Gaorong
通讯作者:Han, Gaorong
基于卤氧网络交联增韧和微分相诱导纳米晶化的二价铕掺杂氟铝基闪烁玻璃陶瓷
  • 批准号:
    52372016
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    乔旭升
  • 依托单位:
用于飞秒激光三维多阶信息存储的拓扑结构稳定荧光银量子团簇氟磷铝硅玻璃
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    乔旭升
  • 依托单位:
基于笼形微球增强吸收和铝基包覆抑制猝灭的激光照明玻璃陶瓷
  • 批准号:
    51872255
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    乔旭升
  • 依托单位:
用于提高硅太阳电池效率的表面等离子增强上转换发光材料
  • 批准号:
    50902120
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    乔旭升
  • 依托单位:
国内基金
海外基金