宽带近红外LED用Ca3Sc2Si3O12:Cr3+组分设计和发光性能调控机理研究
批准号:
12074393
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
刘永福
依托单位:
学科分类:
光谱学与固体发光
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘永福
中文摘要
近红外光谱技术在食品安全等无损检测方面具有广泛应用,便携化的发展对光源小型化、光谱宽带化提出了需求。荧光转换的近红外LED是满足该要求的最佳技术方案,因此,开发适合蓝光激发的宽带近红外荧光材料成为研究热点。前期研究表明Ca3Sc2Si3O12:Cr3+环境稳定性好、发光效率高,在近红外LED器件中具有优良的应用效果,但其发光带宽较为有限。为此,本项目拟通过Lu、Mg等元素共取代Ca、Sc进行组份设计,再选择与Cr3+激发峰匹配的Ce3+,以及具有特征红外发光的Yb3+和Nd3+共掺杂,调控获得谱带更宽、效率更好、稳定性更好的近红外荧光材料。通过理论与实验结合的方法,研究组分设计对能带结构、晶体场强度、电声耦合的作用规律;揭示多离子间的能量传递和发光动力学过程,阐明发光性能调控机理。本项目实施有助于促进宽带近红外LED光源的快速发展,并为新型高效率宽带近红外荧光材料的开发提供理论依据。
英文摘要
Smart NIR light sources, as an emerging field, are proposed to combine with smart phones together to achieve convenient and fast applications. Broad NIR-emitting phosphor-converted LEDs are believed to be the best solution. Thus, how to achieve broad NIR phosphors that can be excited efficiently by blue light is one of the most important challenges. .The silicate garnet, Ca3Sc2Si3O12 (CSSG), is a promising host for Ce3+ due to its excellent thermal stability and high QE. Fortunately, Cr3+ can be excited by blue light and show a broadband NIR emission in CSSG. Unfortunately, the reported luminescence and thermal stability were low because the Cr3+ luminescence suffer from impurities and oxidation of Cr4+. The electro-phono coupling (EPC) mechanism in CSSG that usually determines the Cr3+ luminescence is unknown. In this project, we propose a strategy to optimize CSSG:Cr3+ through the substituting of Lu3+-Mg2+ for Ca2+-Sc3+ and the co-doping of Ce3+/Yb3+/Nd3+. The effects of Lu3+-Mg2+ on the crystal-field environments, EPC and NIR luminescence will be studied. The dynamic processes and energy transfers among Ce3+/Yb3+/Nd3+/Cr3+ will be investigated. We believe that this project will provide a strong physical basis and an effective strategy to discover more and more Cr3+-doped NIR phosphors. Moreover, this work will advance the development and the application of the next-generation smart NIR light source.
荧光转换型宽带近红外发光二极管(NIR pc-LED)因其结构紧凑、寿命长、耗能低及发光带宽可调等特性,在食品安全检测、生物组织与医疗成像等智能便携终端领域展现出广阔应用前景。本项目面向宽带近红外LED器件对高性能近红外荧光材料的需求,聚焦于Si/Ga基石榴石结构材料,在Ca3Sc2Si3O12、Gd3Ga5O12、LiGaP2O7体系中开展了材料制备、Cr3+离子的近红外发光性能优化及调控机理研究。通过共掺Yb3+,利用Cr3+向Yb3+的能量传递,近红外发光光谱拓展至700~1100 nm范围。通过分析Ce3+和Cr3+、Cr3+和Yb3+的荧光衰减,揭示了相应的能量传递机制以及电子跃迁的动力学过程。为Cr3+激活的近红外荧光粉提供了增强吸收和拓展带宽的策略。.通过组分固溶策略,解决了由Cr3+的d-d宇称禁戒跃迁导致的发光效率低的问题,并探究了晶体场强度、晶格局域对称性等对发光性能的作用机制。优化出内量子效率82%、热稳定性98.1%@150 ℃宽带近红外发光材料。由此制备的NIR pc-LED器件光电转换效率达26%@100 mA,为国际领先水平。本项目探究了NIR pc-LED器件在实时心率监测、指纹识别等医疗健康领域的应用,高效率有望推动新一代NIR pc-LED光源发展。本项目发表SCI论文10篇,申请发明专利2项;培养博士生1名、硕士生3名。
激光照明用YAG:Ce/LuAG:Ce荧光陶瓷发光性能调控与饱和机理研究
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批准号:52472141
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2024
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负责人:刘永福
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依托单位:
稀土掺杂Ba9(Y,Lu)2Si6O24晶体结构与发光特性研究
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批准号:11404351
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2014
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负责人:刘永福
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依托单位:
国内基金
海外基金