基本信息
- 项目名称：
- 近紫外宽带激发的红色荧光粉及其制备方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品针对现有技术的不足，提供一种日光下自身为白色，可将紫外光、近紫外光或者蓝光转换成发射主峰中心波长在610 nm附近、半峰宽窄的红光，对近紫外光呈宽带激发、锐峰发射、耐光热性能好且红色发光强度高、色纯度纯正的红色荧光粉。 作品还提供上述荧光粉的制备方法。该方法的制备工艺条件相对温和、不使用保护气氛、工艺简单易行、生产成本低、无“三废”排放，便于推广应用，符合国家节能减排之产业政策导向。
- 详细介绍：
- 本作品的目的是针对现有技术的不足，提供一种日光下自身为白色，可将紫外光、近紫外光或者蓝光转换成发射主峰中心波长在610 nm附近、半峰宽窄的红光，对近紫外光呈宽带激发、锐峰发射、耐光热性能好且红色发光强度高、色纯度纯正的红色荧光粉。其组成配方经江苏省科技查新咨询中心查新，在国内外文献中未见报道，因而是一种新型荧光材料。 本作品的另一个目的是提供上述荧光粉的制备方法。该方法能高纯度制得具有上述优良性能的红色荧光粉。该方法的制备工艺条件相对温和、烧结温度较低、不使用保护气氛、工艺简单易行、生产成本低、无废水、废气、废渣（“三废”）排放，便于推广应用，完全符合国家的节能减排之产业政策导向。 本作品还提供上述红色荧光粉在以下领域的用途：需要将280 ~ 440 nm或450 ~ 480 nm的紫外光、近紫外光甚至蓝光转换成纯正的红光的照明或显示器件或其它荧光器件，包括白光LED用荧光粉、高压汞灯用荧光粉、荧光农膜用荧光粉、防伪用荧光粉和涂料用荧光材料以及显示和照明器件用荧光粉。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品的目的：开发与商用半导体芯片的发射波长吻合的白光LED用红色荧光材料。该材料能把紫外光、近紫外光或者蓝光转换成发射主峰中心波长在610 nm附近、半峰宽窄的红光，对近紫外光呈宽带激发、锐峰发射；耐光热性能好且红色发光强度高、色纯度纯正。 作品的基本思路：以开发新型红色荧光粉的首选激活剂——稀土离子Eu3+为激活剂，选择具有宽带吸收、能与Eu3+耦合产生宽的电荷迁移带的基质材料、热稳定性能优异的钨钼酸盐为基质，采用简单易行的方法制备白光LED用的红色荧光粉。该荧光粉的主要特性是：紫外、近紫外区呈宽带吸收、发射主峰中心波长位于610~626 nm，色纯度高；粉体本身为白色或浅粉红色，粒度分布窄；物化性能稳定。 作品的创新点：提出一种新型的宽带近紫外激发的红色荧光粉。所研制的红色荧光粉的有效激发波长范围与近紫外和蓝光发光二极管芯片的光输出波长及高压汞灯的激发源匹配。性能优于现有商用粉。 作品的技术关键：1．兼顾性能和成本的组成配方设计，包括基质材料配方及激活剂的使用；2．反复优化的合成工艺流程及条件。 作品的主要技术指标：1．组成配方新颖，系首次提出。 2．有效激发范围特别是激发波长与半导体芯片的发光波长最大限度的匹配；发光颜色：纯正的红色；发射主峰611nm附近；3.应用于需将280 ~ 440 nm或450 ~ 480 nm的紫外光、近紫外光甚至蓝光转换成纯正的红光的照明或显示器件或其它光电器件，包括白光LED灯、高压汞灯、转光农膜、防伪器件等。
科学性、先进性
- 本作品研制的红色荧光粉，经江苏省科技查新咨询中心查新，在国内外文献中未见报道，因而是一种新型荧光材料。该材料具有独特的光转换特性：能把280~500纳米之间的紫外、近紫外或蓝光转换成纯正的红光。作品提出的荧光粉的制备方法和过程简单易行、原料易得、且无“三废”排放，符合国家的节能减排之产业政策导向等优点。产品的应用前景也较可观。 本作品的主要创新之处在于：所发明的材料的组成配方新颖、光转换特性可靠、性能优异、制备过程易行、应用前景较好
获奖情况及鉴定结果
- 已申请中国发明专利。 2010年12月获得校第十七届“创新杯”学生学术科技作品竞赛一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 1.现场演示 2.图片 3.样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 从现有的技术来看，本作品所提出的红色荧光粉在国内外还没有报道，是一种新型红色荧光粉。它能将紫外光、近紫外光或者蓝光转换成发射峰中心波长在611 nm附近、半峰宽窄的的红光，对近紫外光呈宽带激发、锐峰发射、耐光热性能好且红色发光强度高、色纯度纯正。由于该荧光粉的吸收（或激发）波长与近紫外LED芯片的光输出波长匹配；以发红光发射为主，红色荧光的色纯度好；符合白光发光二极管固态照明器件用粉的要求，在半导体照明器件上将有大的应用价值。 本作品所涉及的制备方法，该方法能高纯度制得具有上述优良性能的红色荧光粉。工艺条件相对温和、简单易行、便于推广应用，且无废水、废气、废渣产生，生产成本低，符合国家节能、减排的政策，容易推广。
同类课题研究水平概述
- 高效率白光发光二极管（白光LED）作为新型高效节能固体光源，因具有诸多优点而广受关注，将在世界范围内引发照明光源的一场划时代的深刻变革。红光在调制白光的色温及改善显色性等方面起着重要作用。因此，开发与商用半导体芯片的发射波长吻合的红光转换材料尤为紧要。 通常，红色荧光粉所采用的激活剂以铕离子(Eu3+)、二价铕离子(Eu2+)、铈离子（Ce3+）等稀土离子以及四价锰离子（Mn4+）等过渡金属离子为主。Eu3+的荧光光谱呈锐线状（半峰宽小于20 nm），后三者系宽带谱（半峰宽大于30 nm）。从荧光材料的工作原理来看，其激发峰越宽，对外界辐照光吸收效果才越好，然而，宽带发射峰却常常导致较低的流明效率。Mn4+激活的氟锗酸镁和砷酸镁呈宽带发射峰，发射峰中心波长位于655 nm附近，为深红色，人眼对此不敏感。另外，作为原料的锗的氧化物比较昂贵，而砷化物又有剧毒。Eu2+、Ce3+或Mn4+激活的红色荧光粉，难以将紫外光、近紫外光或者蓝光转换成发射峰中心波长在610 nm附近、半峰宽窄（小于20 nm）的红光。 窄带发射光谱复合成的白光比宽带发射谱复合成的白光，亮度更高，显色性更好。通常，为了获得高流明输出效率，要求荧光粉的发射谱的半峰宽尽可能小。Eu3+的发射谱为窄带锐峰，因此，采用Eu3+做激活剂的红色荧光粉的流明输出效率高，与绿色（如CeMgAl11O19:Ce3+,Tb3+等）和蓝色（如BaMgAl10O17:Eu2+等）荧光粉组合后能得到亮度更高的白光输出。目前铕离子(Eu3+)作激活剂的商用红色荧光粉主要有：铕激活的钒酸钇、铕激活的氧化钇或硫氧化钇等。尽管它们的发光颜色纯正，但存在以下无法克服的不足之处：YVO4:Eu3+的激发宽带只延伸至350 nm，波长大于350 nm的区域的吸收很弱；Y2O3:Eu3+的吸收主要发生在300 nm以下的短波紫外区，激发主峰位于254 nm附近，在近紫外区（波长为300 nm至410 nm）的激发效率极低；Y2O2S:Eu3+的激发主峰位于335 nm附近，激发宽带覆盖了230 nm至400 nm，但在波长大于350 nm后的区域的激发强度下降很快，400 nm波长后的激发强度更弱。这些不足之处制约了它们对近紫外光的转换效果。
