为提高CsPbBr3钙钛矿量子点稳定性并实现具有优良发光性能量子点固体材料的制备, 采用高温熔融方法成功地在硼硅酸盐微晶内部制备了CsPbBr3量子点, 得到CsPbBr3量子点微晶。通过SEM扫描电镜测试分析量子点微晶的形貌特征; 通过荧光光谱、CIE色度坐标分析其荧光特性。SEM扫描电镜测试结果表明, 在微晶表面及内部均匀分布着粒径为10 nm左右的CsPbBr3量子点, 实现了硼硅酸盐微晶对CsPbBr3量子点的有效包覆。荧光光谱测试表明, CsPbBr3量子点微晶表现出宽的激发光谱, 且可以在360 nm波长紫外光激发下实现较强的517 nm绿光发射。发射光谱及CIE坐标表明在400 ℃高温环境下该CsPbBr3量子点微晶材料仍能保持优异的光学性能。该量子点微晶材料的成功制备为钙钛矿材料在新型固体发光材料领域的发展提供了可能性。

以高温固相法成功合成了一系列Eu3+离子激活Ba3WO6红色荧光粉。分别采用X射线衍射(XRD)和荧光光谱(FL)对样品的晶体结构和发光性能进行了表征。结果表明, 样品均具有立方晶系的双钙钛矿结构; Eu3+离子的激发谱由一个宽带(包括Eu3+-O2-和W6+-O2-电荷转移带)和若干个窄峰(4f-4f电子跃迁)组成, 而跃迁5D0→7F1和5D0→7F2则构成了发射谱的主要部分。调整原材料中BaCO3和WO3的量的比, XRD的主衍射峰位发生红移至与标准谱完全吻合, 发光强度有所提升并分析了原因。Eu3+离子的临界摩尔分数为0.05, 临界距离(Rc)为1.263 4 nm。在314 nm或394 nm激发光下, 样品发出红光(λmax=596 nm),色坐标为 (0.618,0.342), 在LED照明、显示等领域具备一定潜力。

采用传统的固相法成功合成了一系列α-Ba3Y(BO3)3∶Dy3+荧光粉, 使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱(FL)和寿命衰减曲线等对样品进行表征。结果表明: 在近紫外/蓝光激发下, 样品的发射光谱主要包含黄(577 nm)、蓝(488 nm)两个发射峰组成, 分别对应电子跃迁4F9/2 →6H13/2和4F9/2→6H15/2。最佳合成温度为1 100 ℃, 该条件下合成的样品具有纯相、最大结晶度和最大发光强度。研究了荧光粉的浓度猝灭效应, 猝灭机理主要是dipole-dipole interaction, 同时exchange interaction无法忽略, 临界摩尔分数为0.07。样品的寿命衰减曲线为二次指数型, 这与Ba3Y(BO3)3特有的晶格结构有直接关系。α-Ba3Y(BO3)3∶Dy3+荧光粉有应用于荧光转换型白光LED照明的潜力。

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术, 模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状, 采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型, 建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解, 优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合, 实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术, 并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明, 白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%, 优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时, 白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

采用两步法成功合成了单一基质双光色Ba10-x(PO4)4(SiO4)2∶xEu2+荧光粉, 研究了稀土离子占据不同的晶格格位对荧光粉光谱特性的影响。结果表明: 两步法合成的荧光粉发射光谱由414 nm的蓝光波带和504 nm绿光波带两种光色组成, 而传统的高温固相法制备的荧光粉只有504 nm处的绿光发射。荧光粉发光性能与Eu2+离子在磷灰石晶体结构中占据的晶格位置关系十分密切。两步法荧光粉双光色的形成主要是由于在第一步氧化气氛合成过程中Eu3+离子取代了基质结构中的BaⅠ和BaⅡ两个格位的Ba2+离子; 在第二步还原过程结束后, Eu2+离子仍然占据着两种格位, 从而形成了两种具有不同配位环境的发光中心。此外, 双发射峰的相对强度能够通过Eu2+离子对BaⅠ格位的取代率而调节, 进而实现光谱的调变。

为了进一步提高固态照明中荧光转换光源(PC-LED)的白光发射效率, 探寻激发源与荧光粉搭配对合成白光辐射通量转换效率之间的关系。以YAG荧光粉为对象, 搭配不同光谱宽度的激发源, 采用光谱计算方法研究了合成白光光源中激发源光谱宽度对其辐射通量转换效率的影响, 计算结果通过实验进行了验证。结果表明: 当光谱宽度较小时, 转换效率随光谱宽度的增加而缓慢降低; 当光谱宽度大于18 nm时, 转换效率急剧下降。每种荧光粉都有其理想激发源光谱宽度范围, 在此范围内激发源辐射通量转换效率高且受其光谱宽度影响较弱。

为了进一步提高固态白光光源的光效, 探寻激发源与光效的关系, 文章以菲涅尔理论为基础, 研究了蓝光LED和LD作为激发源时, 光能利用率随入射角及偏振角的关系。LED为激发源时, 其光能利用率最大为96%; 线偏振态LD为激发源时, 入射角度为布儒斯特角、偏振角度为0°时, 其光能利用率可达100%。研究表明在荧光转换型白光中, 线偏振特性的LD相较于非偏振态的LED具有更好的光能利用率。基于所得结论提出了一种适用于LD激发荧光粉获取白光的荧光粉模块, 并用蒙特卡罗光线追迹法进行了仿真验证, 模拟结果与理论值完全吻合。

采用高温固相法合成了荧光体Ba10(PO4)4(SiO4)2∶Ce3+和Ba10(PO4)4(SiO4)2∶Eu2+，研究了两种荧光体的光谱特性。结果表明，两者都呈现较强的宽带激发特征。根据同种基质中Eu2+和Ce3+两种离子光谱特征的相关性，通过测得的Ba10(PO4)2(SiO4)2基质中Ce3+的光谱数据估算了Ba10(PO4)2(SiO4)2∶Eu2+中Eu2+的斯托克斯位移(ΔS)和激发能量，估算结果与Ba10(PO4)2(SiO4)2∶Eu2+样品的光谱分析结果十分吻合。Ba10(PO4)2(SiO4)2∶Eu2+可以同时被紫光和蓝光激发，发出偏白的绿光，可用作白光LED的荧光粉。