Ce:YAG荧光陶瓷掺杂Gd对白光LED发光性能的影响

Ce: YAG荧光陶瓷具有突出的导热性及化学稳定性, 相比有机硅胶封装法在高功率白光LED的应用上具有更广阔的应用前景。本研究采用真空固相烧结法制备了不同Gd掺杂浓度的(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品, 通过XRD, SEM及荧光光谱等表征手段, 研究了Gd掺杂对Ce:YAG荧光陶瓷的晶体结构及其用于白光LED时对发光性能的影响。实验表明, 随着Gd掺杂浓度的提高, Gd³⁺取代Y³⁺ 的位置进入晶格, 使得样品的晶格常数增加。Gd³⁺还影响了Ce³⁺对蓝光的吸收, 同时Ce³⁺将蓝光转换成黄光的效率也下降, 导致光效从81.45 lm/W降低至63.70 lm/W。Gd的掺 杂使Ce³⁺的光致发光谱峰位从534 nm向564 nm红移, 显色指数从61.3提升至70.2。Gd的掺杂虽然降低了发光 效率, 但显著提高了(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品的显色指数, 使得黄色YAG荧光陶瓷应用于白光LED的性能得到了 提高。     

高光效、大功率LEDs/LDs用Ce:YAG透明陶瓷

Ce:YAG透明陶瓷可与蓝光LEDs/LDs复合, 用于大功率白光LEDs/LDs。本研究通过调整Ce:YAG透明陶瓷的厚度和Ce³⁺的掺杂浓度, 将组装器件的发射光谱和色坐标从冷白区调整到暖白区。以高纯(≥99.99%)商业粉体α-Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂为原料, 采用固相反应法制备了(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂ (x=0.0005、0.0010、0.0030、0.0050、0.0070和0.0100)透明陶瓷。陶瓷素坯在1750 ℃真空烧结20 h(真空度5.0×10^-5 Pa), 之后在马弗炉中退火1450 ℃×10 h。不同掺杂浓度Ce:YAG陶瓷(厚度分别为0.2、0.4、1.0 mm)在800 nm处的直线透过率均大于79%。Ce:YAG荧光陶瓷的热导率随着测试温度和掺杂浓度的增加而降低。采用有限元方法模拟不同厚度的Ce:YAG陶瓷和LED组装的热分布, 比较了三种封装方式的热分布。将Ce:YAG荧光陶瓷与LEDs/LDs复合, 制备出色坐标分别为(0.3319, 0.3827)和(0.3298, 0.3272)的白光, 发光效率分别为122.4和201.5 lm/W。将Ce:YAG荧光陶瓷和10、50 W商用蓝光LED芯片组合成熟灯具, 可用于商业用途。Ce:YAG透明陶瓷在大功率照明和显示的彩色转换材料应用领域极具潜力。     

白光LED用Ce:YAG单晶光学性能及封装工艺的研究

采用提拉法生长了白光LED用Ce:YAG单晶, 通过吸收光谱、激发发射光谱和变温光谱对其光学性能和热稳定性进行了表征, 并研究了晶片用于封装白光LED光源中各因素对其光电性能的影响。Ce:YAG晶片能被466 nm波长的蓝光有效激发, 产生500~700 nm范围内的宽发射带。Ce³⁺的4f→5d轨道的跃迁吸收对应于202、219、247.3、347.4和455.5 nm五个吸收峰, 据此量化分裂的5d能级能量, 依次为21954、29154、40437、45662和49505 cm^-1。温度升高, Ce³⁺的²F_7/2能量升高导致了发光强度的降低, 可降低幅度(13.28%)不大, 比肩国家标准且要优于目前商用白光光源的Ce:YAG单晶制白光LED光源的封装工艺, 从芯片、驱动电流、晶片厚度和添加物四方面进行讨论。研究结果表明, Ce:YAG单晶是一种新型白光LED用荧光材料。     

高功率激光照明用Al2O3-YAG:Ce复相陶瓷荧光体的组分设计与性能优化

结合蓝色激光二极管和黄色荧光转换器制备的固态激光照明引起了人们极大的关注, 但荧光转换材料的热猝灭效应显著影响了高功率激光照明的实现。通过组分设计和性能优化可以提高荧光转换器的热导率和发光均匀性。本工作采用固相反应烧结技术制备了一系列不同Al₂O₃含量的Al₂O₃-YAG:Ce复相陶瓷荧光体, 研究了Al₂O₃含量对Al₂O₃-YAG:Ce陶瓷荧光体微观结构、相组成、光学性能和热学性能的影响。Al₂O₃-YAG:Ce陶瓷荧光体在800 nm处的总透过率随着Al₂O₃含量的增加(0→90%)而下降(82.6%→23.6%)。Al₂O₃-YAG:Ce陶瓷荧光体的激发和发射强度随Al₂O₃含量的增加先增大后减小。当Al₂O₃/Al₂O₃-YAG:Ce的质量比为70%时, 陶瓷荧光体在室温下的热导率高达25.7 W·m^-1·K^-1, 且表现出最高的发射强度。当采用功率密度为20 W·mm^-2的蓝光二极管泵浦 70% Al₂O₃-YAG:Ce复相陶瓷荧光体时, 可获得3724 lm的高光通量和239.4 lm·W^-1的高流明效率。此外, 当功率密度从1 W·mm^-2增大到20 W·mm^-2时, 流明效率仅下降10.5%, 光通量持续增加且未出现发光饱和。上述结果显示, Al₂O₃-YAG:Ce复相陶瓷荧光体具有良好的发光效率和热稳定性, 将在高功率激光照明中具有广阔的应用前景。     

——————————CaSi2O2N2:Eu2+中空荧光纤维的制备及其发光性能研究

采用静电纺丝与气相还原氮化相结合的方式制备了用于白光LED的CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺荧光纤维。通过调节纺丝溶液溶剂的配比, 得到了空心结构的Ca-Si-O-Eu纳米纤维和CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺荧光纳米纤维。样品在微观上保持中空纤维结构, 宏观上也保持薄膜的状态。利用X射线衍射对样品物相结构进行分析, Ca-Si-O-Eu中空纤维在1300℃保温5 h后得到层状结构的CaSi₂O₂N₂, Eu²⁺离子的掺入没有改变CaSi₂O₂N₂的主晶相。在400 nm激发光照射下CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺荧光纤维在550 nm附近具有一个宽发射峰, 对应着Eu²⁺离子4f⁶5d→4f⁷跃迁。与CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺荧光粉或普通荧光纤维膜比较, 制备的中空荧光纤维膜有更高的发射光强度。     

溶胶-凝胶法制备Gd4Ga2O9: Dy3+白光发射荧光粉及其性能

通过溶胶-凝胶法制备了具有白光发射的Gd₄Ga₂O₉:x%Dy³⁺荧光粉,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱等对产物的物相结构、形貌、组分和光学性能进行研究,并分析了Dy³⁺掺杂量对样品的影响。XRD结果表明,所制备的样品为Dy³⁺掺杂的Gd₄Ga₂O₉单斜晶体和少量Ga₂O₃杂质相的混合物。紫外-可见漫反射光谱结果表明制备的Dy³⁺掺杂Gd₄Ga₂O₉晶体是一种光学带隙为5.29 eV的直接带隙半导体。荧光检测结果表明Dy³⁺掺杂Gd₄Ga₂O₉荧光粉可被属于Gd³⁺     

高光学质量Yb:YAG透明陶瓷的制备及激光参数研究

以高纯Y₂O₃, α-Al₂O₃, Yb₂O₃粉体作为原料, 采用固相反应和真空烧结法(1750 ℃, 30 h)制备了高光学质量的Yb:YAG透明陶瓷。5.0at% Yb:YAG陶瓷中Yb ³⁺的实测浓度为6.41×10 ²⁰ cm ^-3, 晶胞密度为4.65 g/cm ³。本工作重点研究了Yb:YAG陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能参数。场发射扫描电镜(FESEM)结果表明, Yb:YAG陶瓷的结构均匀致密、晶界干净平直, 平均晶粒尺寸为(19±3) μm。该陶瓷样品(厚度为4.0 mm)在400 nm处的直线透过率为82.5%, 在1100 nm处的透过率为85.2%。泵浦波长940 nm处的泵浦饱和光强最小, 激光波长1030 nm处的泵浦阈值功率最低, 940 nm泵浦1030 nm激光的品质因子为1.02×10 ^-22 cm·s。通过计算增益截面表明Yb:YAG陶瓷宽带可调谐, 是理想的激光增益材料。     

Nd3+:Lu2O3放电等离子烧结及光学性能

Lu₂O₃是具有高热导率而成为极具潜力的高功率激光介质材料。实验以商用氧化物粉体为原料, LiF为烧结助剂, 采用放电等离子烧结法制备了不同Nd³⁺掺杂浓度(C_Nd=0, 1at%, 3at%和5at%) Lu₂O₃透明陶瓷, 并研究了Nd³⁺掺杂浓度对Lu₂O₃陶瓷的物相、烧结性能、微观结构及光学性能的影响。结果表明：在高Nd³⁺浓度(5at%)掺杂后烧结样品仍为纯Lu₂O₃相;Nd³⁺掺杂对Lu₂O₃陶瓷烧结性能及微观形貌的影响有限;所有样品最终均表现出高致密性(99.5%以上)和优异的透光性能, 其中3at% Nd³⁺:Lu₂O₃的透过率最高, 在1064和2000 nm处的透过率分别为82.7和83.2%。Nd³⁺:Lu₂O₃透明陶瓷的最强发射峰位于1076和1080 nm;且随着Nd³⁺掺杂浓度的增加, 荧光强度降低, 寿命变短, 发生浓度淬灭。     

高效暖白光LED用红光荧光粉研究获进展

正白光L ED由于其节能、环保以及长寿命等特点成为下一代照明器件。目前,商品化的白光L ED主要采用蓝光芯片激发3+YAG:Ce黄光荧光粉,芯片发出的蓝光与荧光粉发射的黄光混合形成白光。但是,3+YAG:Ce荧光粉的发射光谱中红光组份不3+足,采用单一Y AG:Ce荧光粉较难获得低色温(C orrelated Color Temperature,CCT4500K)、高显色指数(Color Rendering Index,CRI80)的暖白光器件,导致了其在室内通用照明中应用的局限性。为解决     

几种重金属氧化物和GeO2的加入对掺Yb3+氟磷玻璃的光谱和激光性能的影响

实验对比研究了Ga₂O₅、TeO₂、GeO₂、WO₃、Nb₂O₅和Bi₂O₅金属氧化物的掺入对氟磷激光玻璃的光谱和激光性能的影响。结果表明, TeO₂、GeO₂和Ga₂O₅的加入增大了Yb³⁺的吸收和发射截面; 其中, 掺有TeO₂的氟磷玻璃的Yb³⁺吸收和发射截面最大, 分别达到了1.95 pm²和0.85 pm²。Ga₂O₅、Nb₂O₅和GeO₂的加入对玻璃激光性能的提高具有极大的帮助; 其中, 在掺有Ga₂O₅的氟磷玻璃中激光参数SFL值最大, 为1.237。同时发现, 在TeO₂和GeO₂掺杂氟磷玻璃中也存在严重的Yb³⁺荧光俘获现象, 大大减弱了其激光性能。     

Cathodoluminescence of rare-earth-doped zinc aluminate films

Eu-, Tb-, and Tm-doped zinc aluminate (ZnAl₂O₄) thin film phosphors were prepared by the spray pyrolysis technique at an ambient pressure. The effects of preparation conditions on the cathodoluminescence properties of the films were studied. Films containing Tb³⁺ and Tm³⁺ ions exhibited green and blue cathodoluminescence, respectively. For films doped with europium, both red emission lines from Eu³⁺ and a broad blue–green emission band from Eu²⁺ were observed. The CIE (Commission Internationale de L'Eclairage) chromatic coordinates, dominant wavelength, and color purity were determined for each phosphor. The luminance and efficiency of these phosphors at a current density of 57 μA/cm² are found to be linearly dependent on the excitation voltage.     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

Characterization and properties of r.f.-sputtered thin films of the alumina–titania system

Thin films of the aluminum oxide (Al₂O₃)–titanium oxide (TiO₂) system including Al₂O₃, TiO₂, and Al₂O₃/TiO₂ were prepared by radio-frequency (r.f.) magnetron sputtering using ceramic targets of Al₂O₃, TiO₂, and Al₂O₃/TiO₂ composites with different Al₂O₃/TiO₂ ratio. These films were studied at different substrate temperatures, r.f. powers, and annealing temperatures. Composition, microstructure, thermomechanical property of internal stress, and mechanical property of scratch adhesion, were evaluated. A thin film with a dielectric constant of 62 and a loss tangent of 0.012 was obtained at 500 °C from a 10/90 target. This thin film remained the high dielectric constant of TiO₂, but had an improvement in the dielectric loss tangent. Al₂O₃-containing films had a higher resistivity and breakdown field, which was improved further by annealing. Optical properties, such as refractive index and optical transmittance, were also investigated.     

TiO2-g-C3N4-Bi2O3复合异质结构催化材料在水处理中的应用

异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象,球磨法所制备的TiO₂-g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃两种光催化材料作为实验材料,探究不同光源条件下TiO₂-g-C₃N₄、TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明,在可见光和紫外光单独照射条件下,三元体系的TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃均比TiO₂-g-C₃N₄具有更高的光催化活性,并且可见光条件下,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃比TiO₂-g-C₃N₄的优势更明显;在可见光和紫外光同时照射时,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃、TiO₂-g-C₃N₄对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明,Bi₂O₃的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收,并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明,通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺,可以实现TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的制备,并且证实了TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃材料在有机废水处理方面的良好前景。      

石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池

以三维锐钛矿TiO₂微球为上层光散射层材料, 以商业纳米TiO₂为下层连接材料, 采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO₂薄膜, 并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中, 石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入, CdS/CdSe量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)制备。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱对样品进行表征。实验还制备了CdS/CdSe量子点敏化及石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池, 并研究了石墨烯量子点及CdS不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明, 石墨烯量子点及CdS不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均有较大影响。优选条件下, TiO₂/QGDs/CdS(4)/CdSe电池的光电转换效率为1.24%, 光电流密度为9.47 mA/cm², 显著高于TiO₂/CdS(4)/CdSe电池的这些参数(0.59%与6.22 mA/cm²)。这主要是由于TiO₂表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输, 减少了载流子的复合。     

WO3/TiO2复合薄膜的制备及其电致变色性能

使用水热法在掺氟SnO₂涂覆的导电玻璃（FTO）基板上生长TiO₂纳米线,随后在TiO₂纳米线上采用水热法生长WO₃纳米线,制备出WO₃/TiO₂复合薄膜。通过循环伏安法（CV）、计时电流法（CA）、计时电量法（CC）等电化学测试技术研究了WO₃/TiO₂复合薄膜的电致变色性能;采用紫外分光光度计对薄膜的着色﹑漂白状态的响应时间进行测试。通过以上测试,计算得到了薄膜的循环稳定性﹑光调制﹑着色效率和切换时间（Y和X）等参数。结果显示WO₃/TiO₂复合薄膜的电致变色性明显提高,其中WO₃/TiO₂复合薄膜可逆性增加了6%,着色效率提高了40.96 cm2/C。      

Mg掺杂TiO2纳米晶光氧化还原染料的可逆颜色转变研究

由于非直接接触、远程控制、高效及快捷的优点, 光可逆颜色转换材料在信息存储、显示器件、传感器等领域有着重要应用。复合无机材料和有机材料, 实现协同增效, 是新型光驱动可逆颜色转换材料的研究热点之一。本研究采用一步液相合成法制备粒径约为5 nm的锐钛矿型Mg²⁺掺杂TiO₂纳米晶, 通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱和拉曼光谱等表征手段确认材料的组成结构, 并对比研究了Mg²⁺掺杂TiO₂对亚甲基蓝(MB)光可逆颜色转换性能的增强效应。结果表明, 掺杂Mg²⁺在TiO₂晶格中能产生杂质能级, 有效抑制了光生载流子的复合, 提高了TiO₂光氧化还原MB的活性; 另一方面, 掺杂Mg²⁺降低了TiO₂纳米晶的吸收波长, 在可见光照射下能够有效地抑制MB向还原态LMB的转变, 提高系统着色速率。这种基于碱金属掺杂TiO₂纳米晶的光可逆颜色转换材料在许多光电子器件领域具有潜在的应用价值。