基本信息
- 项目名称：
- 含碳添加剂法提高红色荧光体CaS:Eu2+的形貌和发光性能
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 白光LED（即白光发光二极管）是一种能发出白光的新型固态照明器件。红色荧光粉作为它的关键配套材料，其性能直接影响所发出的白光的亮度、色纯度和显色性等。研制转光性能优异、粉体颗粒呈球状的红色荧光粉是发光材料领域的前沿课题，也是绿色照明产业的一个重点。 二价铕掺杂的硫化钙 (记作CaS:Eu2+)是一种商用红色荧光粉，但采用常规高温合成工艺获得的粉体颗粒表面不规整、容易造成光的散射损...(查看更多)
- 详细介绍：
- 采用常规方法所得CaS:Eu2+荧光粉颗粒表面不规整、光转换效率低。另外, 常规高温烧结过程中必须采用硫化氢、一氧化碳等毒性气氛，并要求很高的烧结温度（１１００℃以上）和长的反应时间（１２h以上），浪费能源。本作品对常规高温烧结工艺进行改进，提出了含碳添加剂法。该方法的特征是：不使用毒性气氛，而以常见的含碳物（如酒石酸、柠檬酸、葡萄糖等）与碳酸钠、硫粉三者的混合物在烧结时（烧结温...(查看更多)
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 用常规高温烧结工艺获得的CaS:Eu2+粉体因颗粒表面不规整、易造成光散射，光转换效率低。本工作对常规高温烧结工艺进行改进，即先运用化学方法获得前驱体，以含碳物（如酒石酸等）与碳酸钠、硫粉三者的混合物在高温烧结时产生活性气氛，借助于活性气氛与前驱体发生缓慢、复杂的反应，获得了颗粒呈球状、大小约为110 纳米的性能优异的CaS:Eu2+荧光体。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究提出的含碳添加剂法与常规烧结工艺的最大区别是：烧结温度较低，且不使用毒性气氛，而是以适量价廉、常见的含碳物（如酒石酸、柠檬酸、葡萄糖等）与碳酸钠、硫粉三者的混合物在900℃烧结时产生活性气氛，这些混合物不与化学合成所得前驱体直接接触，借助于活性气氛与前驱体发生缓慢、复杂的物化反应，“原位”控制产物的颗粒形貌和尺寸，进而提高产物的物相纯度和荧光性能，更有利于实际应用。
应用价值和现实意义
- 红色荧光粉作为光转换型白光LED的关键配套材料，其性能优劣直接影响白光LED的亮度和显色性。在红色荧光粉的制备过程中，为了保证激活剂离子顺利进入基质晶格中，高温烧结工艺不可缺少，但是，采用常规烧结工艺所得到的粉体的颗粒容易发生团聚、尺寸较大（几微米至几十微米）且呈多面体形，容易造成光的散射损失，从而降低光转换效率，用于制作白光LED器件时转光效果不理想。
学术论文摘要
- 白光LED是一种新型固态照明光源，具有光效高、节能、寿命长、无污染等优点。当今白光LED的主流方案是光转换型白光LED，即用LED芯片发出的蓝光或近紫外光激发涂在其外表面、用环氧树脂封接的荧光粉合成出白光。因此，荧光粉是影响白光LED器件性能的关键材料之一。而性能优异、粉体颗粒单分散、且呈球状的白光LED用红色荧光体已经成为固态照明光源发展的瓶颈。本研究采用化学合成方法获得前驱体...(查看更多)
获奖情况
- 发表：著名出版社——Springer出版的2008年第43卷第5期, P1515-1519,《Journal of Materials Science》（SCI、EI双检收录）。 获奖：学校第十五届“创新杯”理工科组一等奖。
鉴定结果
- 高温烧结是合成CaS:Eu2+荧光粉不可缺少的环节，是控制颗粒尺寸和形貌以及结晶度的动力学关键步骤，直接影响着发光性能的优劣。本作品提出的改进工艺在工业生产上有较大的应用价值。
参考文献
- [1] E. Fred Schubert, Jong Kyu Kim, Science, 2005, 308:1274-1278. [2] Thomas Jüstel, Hans Nikel, Cees Ronda, Angew. Chem. Int. Ed. 37(1998):3084-3103. [3] 中国科学院. 2006科学发展报告[M]，北京：科学出版社，2006....(查看更多)
同类课题研究水平概述
- 光转换型白光LED是利用LED芯片发出的蓝光或近紫外光激发涂在其外表面、用环氧树脂封接的荧光粉合成出白光。因此，荧光粉是影响白光LED器件性能的关键材料之一。白光LED用荧光粉的研究近几年发展非常迅速。蓝光激发的黄色荧光粉基本上能满足目前白光LED产品的要求。而性能优异、粉体颗粒单分散、且呈球状的白光LED用红色荧光体已经成为固态照明光源发展的瓶颈。必须尽快研制效率高、稳定性好的...(查看更多)
