白光LED用Cu+掺杂硅酸盐玻璃的制备与荧光性能调控

The technology of using ultraviolet(UV)-LED(center wavelength 370nm) to excite the all color conversion luminescent glass to realize white light emission with high power, high color rendering and high lumen efficiency is one of the development directions of the new generation of solid state lighting source. This project will investigate the design, fabrication, structure as well as luminescent properties of Cu+-doped silicate glass. We plan to explore the formation conditions of Cu+ ions through the optimization of glass component, addition of reducing agent and selection of copper-bearing raw materials, searching an effective method to achieve the stability of Cu+ in glass. We will systematically investigate the modified characteristics of the optical basicity on the excitation and emission wavelengths of Cu+-doped silicate glass, obtaining the white light emission excited by UV light. Then, we will further optimize the glass components and explore the post treatment of glass to improve the luminescence quantum efficiency and thermal stability, developing new luminescent glass applied in White-LED with low cost, high efficiency and high stability. Besides, we will investigate the energy transfer mechanism between Cu+ and rare earth/transition metal ions, establishing the model of luminescence enhancement. The successful implementation of this project will have very important practical value and theoretical significance.

利用紫外LED(中心波长370nm)激发全色光转换荧光玻璃以实现大功率、高显色、高流明效率的白光发射是新一代固态照明光源的发展方向之一。本项目拟开展Cu+掺杂硅酸盐玻璃的设计、制备、结构和荧光性能研究。通过调整玻璃组分、添加还原剂等方式调控Cu价态，实现玻璃中正一价Cu离子稳定存在的有效合成手段；系统研究光学碱度对Cu+激发发射峰位的调控规律，获得紫外激发下的可调白光发射；通过进一步优化玻璃组分、探索玻璃后期热处理工艺，提高Cu+掺杂硅酸盐玻璃的荧光量子效率和热稳定性，进而开发出低成本、高效、高稳定性的新型白光LED用荧光玻璃。同时，深入研究Cu+与稀土/过渡金属离子间的能量传递机制，建立荧光增强模型。本项目的顺利实施具有非常重要的实用价值和理论意义。

基于Cu+掺杂荧光玻璃的优点及其在白光LED领域的潜在应用。主要以白光LED用Cu+掺杂硅酸盐玻璃为研究对象，围绕实现高效发光和光谱调控，从实验角度、结合发光动力学和光学碱度理论，系统开展Cu+掺杂玻璃的设计、制备、结构和荧光特性的研究。主要涉及：Cu价态调控、Cu+激发发射峰位调控以及Cu+与Mn2+间能量传递机制的研究。探索了Cu+、Tb3+掺杂玻璃的闪烁特性。另外研究了钙钛矿微晶玻璃的自发辐射光放大、应用于白光LED和温度传感领域的荧光材料、纳米材料的非线性光学特性。共发表和接收基金资助密切相关论文20篇，第一标注7篇。重要结果如下：.开发了系列Cu+掺杂高透过率的荧光玻璃。引入还原剂Al和Si3N4，可实现玻璃中Cu+的稳定存在。提高玻璃光学碱度和Cu+掺杂量可实现Cu+激发发射峰位至少分别红移40和110nm。明确了红移机理。具有优异的量子效率（62.5%）和热稳定性（200oC时发光强度仍有室温时的85%）。明确了Cu+到Mn2+的能量传递过程，实现白光发射。发现了Cu+掺杂硅酸盐玻璃具有优异的闪烁特性，一定温度的热处理，可有效提高闪烁性能，为开发新型闪烁玻璃提供可能。开发了具有优异荧光和闪烁性能的Tb3+掺杂玻璃。X射线照射下的强度可达BGO的149.9%。.开发了系列应用于白光LED和温度传感领域的荧光材料。涉及SrY2O4:Bi3+/Eu3+、SrY2O4:Bi3+/Sm3+、Ca4ZrGe3O12:Eu、Ba3-xSrxLu4O9:Tm3+/Yb3+、Ba3-xSrxLu4O9:Er3+/Yb3+等荧光粉和NaY2F7:Er3+,Yb3+、NaGdF4:Sm3+等微晶玻璃。获得了热稳定性优异的白光LED用荧光材料，温度升高至150oC，发光强度几乎不变。探索了材料的多模测温。提出了基态热耦合的测温方式。SrY2O4:Bi3+/Eu3+荧光粉中，随着温度升高，发光颜色明显变化。样品不仅能用于测温，且在高温环境中可作为安全标志。.开展系列纳米材料的非线性光学特性研究。包括Cu2-xSe、TiSe2、Al掺ZnO。具有低于350fs超快响应、800-3000nm超宽带非线性光学特性。可实现超宽范围内稳定的调Q和脉冲激光输出。有效推动纳米光子学的进一步发展和应用。.本项目为Cu+掺杂荧光玻璃应用于白光LED和X射线探测领域提供了依据，拓展了其应用领域。