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零热猝灭无机发光材料的开发与机理研究

批准号:
52072348
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
刘艳改
学科分类:
其他无机非金属材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘艳改

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
热猝灭效应是稀土掺杂发光材料中普遍存在的问题,是限制无机发光材料在诸多领域应用的重要因素之一。本项目从多角度出发,提出借助优化工艺、表面处理、阳离子取代、高温相变、能量传递等多种方法,制备具有零热猝灭特性的荧光材料。通过实验分析与理论计算相结合的方式,研究基质材料的价带、导带以及陷阱能级的位置关系,建立陷阱能级深度与热猝灭强度之间的联系,建立能量补偿理论模型,揭示普遍规律,为改善稀土掺杂发光材料的热猝灭特性并开发具有零热猝灭效应的荧光材料开辟新的思路,提供理论依据和切实可行的方法。本项目有望从根本上解决稀土掺杂发光材料普遍存在的热猝灭问题,从而进一步促进其发展及应用。
英文摘要
Thermal quenching is a common problem in rare-earth-doped luminescent materials, which is an important factor that restricts the application of the inorganic luminescent materials in many fields. In this project, many approaches such as process optimization, surface treatment, cation substitution, high-temperature phase transition and energy transfer will be proposed to prepare zero-thermal-quenching luminescent materials. By the means of combining experimental analysis and theoretical calculation, the positions of the valence band, conduction band and trap energy level of the materials will be determined, and the relationship between trap depth and thermal quenching will be established. The theoretical model of energy compensation will be set up, by which the universal law of zero thermal quenching can be revealed. Theories and principles will be explored, and practical ways will be provided for improving the thermal quenching property of rare-earth-doped luminescent materials and developing luminescent materials with zero-thermal-quenching characteristic. This project is expected to fundamentally solve the thermal quenching problem of rare-earth-doped luminescent materials, so as to further promote the development and application of such materials.
无机发光材料在照明、医学、荧光探针、植物培养等重要领域都有着广泛的应用。但由于LED器件工作温度很容易超过100 ℃,目前大部分用于光转换的无机发光材料在实际应用时都存在热猝灭问题,为了维持荧光材料转换LED器件的发光效率以及显色性,提高荧光材料的热稳定性成为现阶段无机发光材料领域的研究重点。本项目采用多种方法提高了荧光材料的热稳定性,并对其机理进行了探究,主要成果有1)通过改进工艺参数,引入助熔剂以及阳离子取代改善了荧光材料的热稳定性并且降低了合成温度,制备得到了不同浓度硼酸掺杂的 Ba(M)MgAl10O17: Eu2+(M=Sr,Ca),其中添加5mol%硼酸和0.08mol% Ca2+的阳离子取代合成的荧光材料热稳定性明显提高,同时与纯相BaMgAl10O17: Eu2+相比,其合成温度降低了近300 ℃,为节能减排以及降低生产成本提供了重要参考;2)充分利用了埃洛石纳米管的物理屏障效应,将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在埃洛石纳米管中,其热稳定性相较于无包覆的CsPbBr3量子点大大提高,同时也优于大部分目前报导的其他包覆材料;3)获得了酸刻蚀的Gd5Si2BO13: Tb3+,Eu3+荧光粉,通过酸刻蚀引入浅陷阱,浅陷阱能级储存的能量在高温下释放有效改善了荧光材料的热稳定性,在150摄氏度时Tb3+特征发射峰强度为常温的109.51%,实现了热增强;4)通过阳离子取代引入了氧缺陷,通过缺陷与发光中中心的能量传递补偿了荧光材料的热猝灭,发现缺陷浓度与Ga/La呈正相关,通过控制Ga/La实现了热稳定性的可控调节,其中Ca8ZnGa(PO4)7: Eu2+在100摄氏度的发射光谱峰值强度强于常温;5)获得了Lu1-xY3(BO3)4: xEu3+荧光材料,通过制造晶格畸变抑制非辐射跃迁,增强了荧光材料的热稳定性,并且通过R=I(5D0→7F1)/I(5D0→7F2)的比值分析Eu³⁺配位环境的对称性评估了晶格畸变程度;6)获得了 Bi3+/Eu3+共掺杂Gd5Si2BO13荧光粉以及Bi3+/Tb3+共掺杂Gd5Si2BO13荧光粉,通过敏化剂离子对激活剂离子的能量传递补偿了激活剂离子的热猝灭,提高了激活剂离子的热稳定性。本项目开发了多种具有优异热稳定性能甚至热增强的荧光材料,研究了热稳定性能增强机理,对开发零热猝灭材料具有重要的指导和借鉴意义。
荧光粉/光催化剂复合材料中电子传递机理及其光催化性能研究
  • 批准号:
    51772278
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    刘艳改
  • 依托单位:
非还原气氛下直接白光荧光材料中Eu3+可控自还原机制及其光谱可调特征的研究
  • 批准号:
    51472223
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    刘艳改
  • 依托单位:
新型轻质MgAl2O4-CaA112O19耐高温多孔隔热陶瓷材料的研究
  • 批准号:
    51072186
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    刘艳改
  • 依托单位:
结构陶瓷中的LiTaO3第二相产生90°电畴及其对复合陶瓷韧化机理的研究
  • 批准号:
    50602041
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    刘艳改
  • 依托单位:
国内基金
海外基金