Изучение физико-химических и спектрально-люминесцентных характеристик материалов на основе кварцевого стекла и иттрий-алюминиевого граната, активированного церием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработаны составы и методика изготовления композиционных материалов для удаленных фотолюминесцентных преобразователей светодиодного излучения на основе кварцевого стекла и ультрадисперсных порошков иттрий-алюминиевого граната, активированного ионами церия (Y3Al5O12 : Ce3+). Оптимизированы условия синтеза граната методом термохимических реакций (горения) азотнокислых солей в лимонной кислоте и получены агломерированные порошки с размерами первичных частиц 0.8–12.3 мкм для реакции с недостатком кислоты и в пределах от 49 до 207 нм для синтеза в условиях избытка лимонной кислоты. Изучены физико-химические, структурные и спектрально-люминесцентные характеристики порошкообразных образцов и композитов «кварцевое стекло – легкоплавкое стекло – люминофор», сформированных при пониженных температурах спекания (650–700 °С). Показано, что при подсветке композиционной пластины синим светодиодом (λmax = 455 нм) визуально фиксируется пятно белого света, формируемое из комбинации рассеянного синего излучения и желтого, возбуждаемого в частицах YAG : Ce3+ (λmax = 560 нм).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Здравков

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Е. Н. Подденежный

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Белоруссия, 246746, Гомель, пр. Октября, 48

А. А. Бойко

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Белоруссия, 246746, Гомель, пр. Октября, 48

А. О. Добродей

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Белоруссия, 246746, Гомель, пр. Октября, 48

Н. Н. Химич

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: a.v.zdravkov@gmail.com
Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, 6

Список литературы

  1. Zhang R., Lin H., Yu Y., Chen D., Xu J., Wang Y. A new-generation color converter for highpower white LED: transparent Ce3+: YAG phosphor-in-glass // Laser Photonics. 2014. Rev. 8(1). P. 158–164.
  2. Kistankina M.A., Aseev V.A., Tuzova J.V., Mynbaev K.D., Bougrov V.E., Nikonorov N.V., Romanov A.E. Luminescent Phosphor-in-Glass Composite for White Light-Emitting Diodes // Journal of Optoelectronics Engineering. 2017. V. 5. № 1. P. 7–9.
  3. Zheng P., Li S., Wang L., Zhou T.-L., You S., Takeda T., Hirosaki N., Xie R.-J. Unique color converter architecture enabling phosphor-in-glass (PiG) films suitable for high-power and high luminance laser-driven white lighting // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. Is. 17. P. 14930–14940.
  4. Bobkova N.M., Trusova E.E. Glass-Ceramic Lightconverting Composites of a Remote Type for lighting sourses based on light-emitting diodes // Glass Physics and Chemistry. 2015. V. 41. № 3. P. 296–301.
  5. Kwon S.B., Choi S.H., Yoo J.H., Jeong S.G., Song Y.-H., Yoon D.H. Synthesis design of Y3Al5O12: Ce3+ phosphor for fabrication of ceramic converter in automotive application // Optical Materials. 2018. V. 80. P. 265–270.
  6. Mudasir F., Haqnawaz R., Aarif ul I.S., Mir H.R. Review – On the Development of Phosphors for Luminescent Materials: Synthesis, Characterization, Applications and Evolution of Phosphors as White-Light-Emitting Diodes // ECS J. Solid State Sci. Technol. 2023. V. 12. № 12. 126002.
  7. Cho J., Park J.H., Kim J.K., Schubert E.F. White light-emitting diodes: History, progress, and future // Laser & Photonics Reviews. 2017. V. 11. Is. 2. 1600147.
  8. Nishiura S., Tanabe S., Fujioka K., Fujimoto Y., Nakatsuka M. Preparation and Optical Properties of Transparent Ce:YAG Ceramics for High Power White LED // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. V. 1. № 012031.
  9. Wagner A., Ratzker B., Kalabukho S., N. Enhanced external luminescence quantum efficiency of ceramic phosphors by surface roughening // Journal of Luminescence. 2019. V. 213(5). P. 454–458.
  10. Yao Q., Zhang L., Zhang J., Jiang Zh., Sun B., Shao C., Ma Y., Zhou T., Wang K., Zhang L., Chen H., Wang Y. Simple mass-preparation and enhanced thermal performance of Ce:YAG transparent ceramics for high power white LEDs // Ceramics International. 2019. V. 45(5). P. 6356–6362.
  11. Lin H., Hu T., Cheng Y., Chen M., Wang Y. Glass Ceramic Phosphors: Towards Long-Lifetime High-Power White Light-Emitting-Diode Applications – A Review // Laser Photonics Rev. 2018. V. 12. Is. 6. 1700344.
  12. Chen D., Xiang W., Liang X., Zhong J., Yu H., Ding M., Lu H., Ji Z. Advances in transparent glass-ceramic phosphors for white light-emitting diodes – A review // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35(3). P. 859–869.
  13. Liu X., Qian X., Zheng P., Chen X., Feng Y., Shi Y., Zou J., Xie R., Li J. Composition and structure design of three-layered composite phosphors for high color rendering chip-on-board lightemitting diode devices // J. Adv. Ceram. 2021. V. 10(4) P. 729–740.
  14. Бобкова Н.М., Трусова Е.Е. Стеклокомпозиционные материалы для светодиодных преобразователей оптоэлектронных устройств // Техника и технология силикатов. 2018. Т. 25. № 2. С. 56–59.
  15. Shvaleva M.A., Tuzova J.V., Aseev V.A., Mynbaev K.D., Romanov A.E., Nikonorov N.V., Bougrov V.E. Optical and thermal properties of phosphors based on lead-silicate glass for high-power white LEDs // Technical Physics Letters. 2015. V. 41(11). P. 1041–1043.
  16. Подденежный Е.Н., Добродей А.О., Бойко А.А., Здравков А.В., Гришкова Е.И., Химич Н.Н. Формирование наноструктурированных частиц иттрий-алюминиевого граната, активированного церием, методом горения // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37. № 5. С. 63–67.
  17. Подденежный Е.Н., Бойко А.А., Добродей А.О., Гришкова Е.И., Здравков А.В., Химич Н.Н. Получение нанодисперсных частиц легированного иттрий-алюминиевого граната с использованием золь-гель процесса // Журнал прикладной химии. 2011. Т. 84. № 9. С. 1450–1453.
  18. Tucureanu V., Matei A., Avram A.M. Synthesis and characterization of YAG:Ce phosphors for white LEDs // Opto-Electronics Review. 2015. V. 23. № 4. P. 239–251.
  19. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 306 с.
  20. Zhang L., Lu Zh., Zhu J., Yang H., Han P., Chen Y., Zhang Q. Citrate sol-gel combustion preparation and photoluminescence properties of YAG: Ce phosphors // Journal of Rare Earths. 2012. V. 30(4). P. 289–296.
  21. Chung W.J., Nam Y.H. A Review on Phosphor in Glass as a High Power LED Color Converter // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2020. V. 9. 016010.
  22. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Реакции неорганических веществ: справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2007. 637 с.
  23. Coates J. Interpretation of Infrared Spectra, A Practical Approach // Encyclopedia of Analytical Chemistry / Ed. by R.A. Meyers. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2000. P. 10815– 10837.
  24. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений / Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 269 с.
  25. Kim Y.H., Viswanath Noolu S.M., Unithrattil S., Kim H.J., Im W.B. Review – Phosphor Plates for High-Power LED Applications: Challenges and Opportunities toward Perfect Lighting // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2018. V. 7(1). P. R3134–R3147.
  26. Chung D.N., Hieu D.N., Thao T.T., Truong V.-V., Nang D.N. Synthesis and Characterization of Ce-Doped Y3Al5O12 (YAG: Ce) Nanopowders Used for Solid-State Lighting // Journal of nanomaterials. 2014. V. 2014. Is. 1. № 571920.
  27. Bobkova N.M., Trusova E.E., Zakharevich G.B. Phase glass formation and the properties of BaO–Bi2O3–B2O3 glasses // Glass and ceramics. 2013. V. 69. № 11–12. P. 366–369.
  28. Li S., Wang L., Hirosaki N., Xie R.J. Color conversion materials for high-brightness laser-driven solid-state lighting // Laser Photonics Rev. 2018. V. 12(12). 1800173.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. СЭМ-изображения частиц YAG : Се, полученных в горючей смеси при малой (а) и большой (б) концентрациях лимонной кислоты.

Скачать (740KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кривые ДТА, ДТГ и ТГ порошков YAG : Ce, полученных методом горения при недостатке лимонной кислоты.

Скачать (191KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограмма ксерогеля (1) и порошков YAG : Ce3+, полученных при недостатке лимонной кислоты и прокаленнных при Т = 700, 900, 1100 и 1200 °С (1 ч).

Скачать (215KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИК-спектры порошков Y3Al5O12 : Се, полученных методом горения смеси нитратов в лимонной кислоте и прокаленных при различных температурах, °С: 1 – 700, 2 –900, 3 – 1000, 4 – 1100, 5 – 1200.

Скачать (244KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры люминесценции микрокристаллических порошков YAG : Cе3+ в зависимости от температуры прокаливания, °С: 240, 900, 1100, 1200 (1 ч).

Скачать (285KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Варианты расположения удаленных люминофорных преобразователей относительно кристалла или матрицы светоизлучающего диода (СИД): а – плоская форма (1 – светодиод, 2 – линза, 3 – фотопреобразователь, 4 – корпус); б − полусферическая форма (1 – светодиод, 2 – фотопреобразователь, 3 – защитное стекло, 4 – корпус).

Скачать (131KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Порошок кварцевого стекла: а – после отмывки в УЗ-ванне; б – в составе композита. Увеличение – × 200.

Скачать (657KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры люминесценции композита YAG : Ce (λвозб = 440 нм) в зависимости от концентрации частиц в составе легкоплавкого стекла: 1 – 5 мас. %, 2 – 10 мас. %, 3 – 30 мас. %.

Скачать (162KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Визуализация света, проходящего через композиционную пластину (а), при возбуждении люминесценции синим светодиодом; наблюдаемое белое излучение с голубой составляющей (б).

Скачать (392KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Суммарный спектр излучения синего светодиода и композиционного светопреобразователя (а) и диаграмма цветности (б).

Скачать (217KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024