Синтез и исследование активированных Mn4+ люминофоров для фитосветодиодов

Фан Шуанцян
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ОГЛАВЛЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕМАТИКЕ ИССЛЕДОВАНИЯ …………………………………………………. 15
1.1. Фотосинтетические процессы и спектры источников излучения ……………………………………………… 15
1.1.1. Фотосинтез ……………………………………………………………………………………………………………………….. 15
1.1.2. Свет – источник управляющих сигналов ……………………………………………………………………………. 18
1.2. Современные источники для досветки растений в теплицах …………………………………………………………. 27
1.2.1. Полупроводниковые излучатели для фитооблучательных установок …………………………………… 31
1.2.2. Современное состояние и проблемы применения фитоламп ……………………………………………….. 32
1.3. Методы синтеза люминофоров для светодиодов …………………………………………………………………………… 36
1.3.1. Высокотемпературный твердофазный метод ………………………………………………………………………. 36
1.3.2. Золь-гель способ ………………………………………………………………………………………………………… 37
1.3.3. Метод соосаждения …………………………………………………………………………………………………………… 38
1.3.4. Гидротермальный способ ………………………………………………………………………………………………….. 39
1.3.5. Метод «горения растворов» (СВС в растворах) ………………………………………………………………….. 40
1.4. Неорганические люминофоры, активированные ионами Mn4+ ……………………………………………………… 40
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЮМИНОФОРОВ ………………………………………….. 48
2.1. Исследуемые порошки люминофоров ………………………………………………………………………………………….. 48
2.2. Подготовка образцов …………………………………………………………………………………………………………………… 48
2.2.1. Синтез люминофора состава K2xBa1-xTiF6:Mn4+ методом соосаждения ………………………………… 48
2.2.2. Синтез люминофоров состава Lu3Al5O12:xCa2+,yBi3+,zMn4+ и LaAlO3:xCa2+,yBi3+,zMn4+
высокотемпературным твердофазным методом …………………………………………………………………………… 49
2.3. Методы исследования и анализа синтезированных люминофоров ………………………………………………… 50
2.3.1. Рентгеновский дифрактометр …………………………………………………………………………………………….. 50
2.3.2. Морфология люминофоров ……………………………………………………………………………………………….. 50
2.3.3. Элементный анализ люминофоров …………………………………………………………………………………….. 50
2.3.4. Спектры фотолюминесценции …………………………………………………………………………………………… 51
2.3.5. Время жизни люминесценции люминофоров ……………………………………………………………………… 51
2.3.6. Ультрафиолетовые спектры поглощения люминофоров ……………………………………………………… 51
2.3.7. Температурные зависимости свечения люминофоров …………………………………………………………. 52
2.3.8. Спектр термолюминесценции люминофоров ……………………………………………………………………… 52
2.4. Изготовление светодиодов с синтезированными люминофорами ………………………………………………….. 52
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА СИНТЕЗИРОВАННОГО ЛЮМИНОФОРА K2xBa1-xTiF6:Mn4+ . ………………………………. 53
3.1. Экспериментальные результаты…………………………………………………………………………………………………… 53
3.1.1. Изменения фазы, состава, структуры, морфологии BaTiF6 при совместном легированим
ионами Mn4+ и K+ ………………………………………………………………………………………………………………………. 53
3.1.2. Люминесцентные свойства ………………………………………………………………………………………………… 60
3.1.3. Термостойкость и влагостойкость K2xBa1-xTiF6:Mn4+ …………………………………………………………… 66
3.1.4. Применение люминофора состава K0.070Ba0.965TiF6:1.8%Mn4+ для изготовления светодиодов .. 71
3.2. Выводы по главе 3 ………………………………………………………………………………………………………………………. 74
ГЛАВА 4. НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ ОДНОФАЗНЫЙ Lu3Al5O12:xCa2+,yBi3+,zMn4+ ЛЮМИНОФОР…………. 77
4.1. Экспериментальные результаты…………………………………………………………………………………………………… 77
4.1.1. Фаза и структура Lu3Al5O12:xCa2+,yBi3+,zMn4+ люминофора и механизм совместного
легирования ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ …………………………………………………………………………………………… 77
4.1.2. Фотолюминесцентные свойства …………………………………………………………………………………………. 82
4.1.3. Механизм переноса энергии от Bi 3+ к Mn4+ ………………………………………………………………………… 89
4.1.4. Термостабильность люминесценции люминофоров ……………………………………………………………. 93
4.1.5. Люминесценция Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и спектры поглощения растений ………………………… 95
4.2. Выводы по главе 4 ………………………………………………………………………………………………………………………. 99
ГЛАВА 5. ПЕРОВСКИТНЫЙ ЛЮМИНОФОР СОСТАВА LaAlO 3:3%Ca2+,1%Bi3+,0,1%Mn4+ ДЛЯ ФСД …… 101
5.1. Анализ экспериментальный результатов…………………………………………………………………………………….. 101
5.1.1. Структура и механизм легирования ионами Ca 2+, Bi3+, Mn4+ ……………………………………………… 101
5.1.2. Фотолюминесценция ……………………………………………………………………………………………………….. 105
5.1.3. Механизмы переноса энергии между ионами Bi3+ и Mn4+ …………………………………………………. 111
5.1.4. Температурное тушение люминесценции …………………………………………………………………………. 116
5.1.5. Люминесценция Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+ и спектры поглощения растений ………………………. 124
5.2. Выводы по главе 5 …………………………………………………………………………………………………………………….. 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 128
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ …………………………………………………………………… 131
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………………………………………………… 132

Актуальность темы исследования. Присутствие различных видов

насекомых, болезни и неблагоприятные климатические условия оказывают

негативное воздействие на растениеводство и является глобальной проблемой.

Применение тепличных систем позволяет создавать почти идеальные условия

выращивания сельскохозяйственных культур и этот метод стал устойчивым и

надежным способом решения многих проблем растениеводства.

1. Разработаны и исследованы три высокоэффективных люминофора,

излучающих в красной области спектра, на основе фосфоров BaTiF6:Mn4+,

Lu3Al5O12:Mn4+, LaAlO3:Mn4+ при легировании ионами K+ и (Ca2+, Bi3+),

соответственно, которые имеют перспективы практического применения в качестве

преобразователей излучения в светодиодах для освещения или облучения

растений.

2. Легирование ионами K+ фосфора BaTiF6:Mn4+ повышает эффективность

замены Ti4+ на Mn4+ на стадии синтеза, то есть увеличивает концентрацию Mn4+ в

конечном продукте, подавляет концентрационное тушение люминесценции Mn4+

за счет изменения расстояний между ионами, создает благоприятные для

излучения параметры кристаллического поля вокруг центра свечения,

увеличивает размер частиц люминофора. Это приводит к увеличению

интенсивности активаторного свечения, повышению термо- и влагостойкости

синтезированных люминофоров. Оптимальный состав люминофора:

K0.070Ba0.965TiF6:1.8%Mn4+

3. Совместное легирование Lu3Al5O12 ионами Ca2+, Bi3+, Mn4+ приводит к

созданию однофазных бездефектных люминофоров с хорошими

морфологическими и структурными параметрами и полосами излучения обоих

активаторов (419 нм, 643 и 669 нм) при возбуждении с λ = 370 нм. Спектр

излучения люминофора регулируется изменением концентраций Bi3+ и Mn4+, и

может на 88,5% соответствовать спектру поглощения хлорофилла а и на 90.6%
совместному спектру поглощения хлорофилла а и хлорофилла в.

4. Введение ионов Ca2+ и Bi3+ в Lu3Al5O12 значительно увеличивает

интенсивность свечения ионов Mn4+ в результате синергетического действия,

повышает термо- и влагостойкость люминесценции. Ca2+ обеспечивает

компенсацию заряда, изменяет параметры решетки, создает оптимальное

кристаллическое поле для Mn4+ в октаэдре [MnO6]2-, препятствует

концентрационному тушению люминесценции. Bi3+ работает как сенсибилизатор с

высокой эффктивностью передачи знергии возбуждения ионам Mn4+ из-за

перекрытия полосы излучения с полосой возбуждения Mn4+, повышает

эффективности поглощение фотонов, возбуждающих люминофор; Bi3+ работает

как сенсибилизатор с высокой ффктивностью передачи знергии возбуждения

ионам Mn4+, повышает термостойкость свечения за счет создания ловушек,

участвующих в люминесценции при высоких температурах.

В люминофоре отимального состава Lu3Al5O12:10%Ca2+,0.6%Bi3+,0.4%Mn4+ до

150 ℃ отсутствует температурное тушения, а ВКЭ равен 89.3%.

5. Процессы описывающие влияние ионаов Ca2+, Bi3+, Mn4+ при их

совместном легировании в матрицу LaAlO3 полностью аналогичны таковым для

люминофора Lu3Al5O12:Ca2+,Bi3+,Mn4+. Это говорит об универсальности подхода к

бодбору соактиваторов Mn4+ в оксидных фосфорах, обеспечивающих высокие

экслуатационные параметры и характеристики люминофоров.

Отимальный состав «красного» люминофора на основе LaAlO 3:

LaAlO3:3%Ca2+,1%Bi3+,0.1%Mn4+. Поскольку в нем отсутствует излучение Bi3+ то

для создания ФСД с широкой областью возбуждения фотосинтетических
процессов он может применяться только в сочетании с другими люминофорами.

Однако он идеально подходит для селективного возбуждения фитохрома PFR, так

как излучает только в области ~ 730 нм.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СЭМ (SEM) – Сканирующий электронный микроскоп

УФ – Ультрафиолетовое излучение

СД – Светодиод

БСД – Белый светодиод

ФСД – Фитосветодиод

ФЛ – Фотолюминесценция

ФЛВ – Возбуждение фотолюминесценции

ВКЭ – Внутренняя квантовая эффективность

ВнКЭ – Внешняя квантовая эффективность

PFR – Дальний красный свет поглощает фитохром

PR – Фитохром поглощения красного света

ТГ – Термическое тушение

ПЭМВР-просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Радиационное упрочнение и оптические свойства материалов на основе SiO2
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Особенности формирования реальной структуры эпитаксиальных CVD-пленок алмаза с природным и модифицированным изотопным составом
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Исследование комплексной диэлектрической проницаемости конденсированных сред на основе новых методов терагерцовой импульсной спектроскопии
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Менеджер онлайн в Telegram Написать