Люмінесцентні покриття на основі Pr3+ - вмісних складних оксидів для розробки фіто-світлодіодів
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya2022.03.098Анотація
Рослини в теплицях та оранжереях вирощують в умовах світлокультури, тобто коли освітлення є повністю або частково штучним. З цією метою використовують різноманітні лампи – ксенонові, натрієві: високого або низького тиску, ртутні, світлодіодні, тощо. Нещодавні дослідження показали, що світлодіодні лампи здатні досягти на 60 % кращої енергоефективності при освітленні теплиць, ніж широковживані натрієві лампи. Покращена ефективність світлодіодних ламп (фітоламп) пов’язана зі співпадінням їх смуг випромінювання зі спектрами фотосинтетичної активної радіації. Найпростіші фітолампи є пристоями, що складаються з кількох окремих світлодіодів синього і червоного світла (фіто-світлодіодів). Суттєвим недоліком червоних світлодіодів, які створені на основі напівпровідникових структур, є їх вартість, яка значно більша, ніж для синіх фіто-світлодіодів. Одним із способів зменшення ціни червоних світлодіодів може бути їх виробництво на основі напівпровідникової структури (чипу) InGaN синього кольору випромінювання, на яку нанесено покриття - шар неорганічного люмінофору. Люмінофори з червоним свіченням можуть бути створені на основі оксидних матеріалів легованих іонами перехідних або рідкісноземельних металів, наприклад Pr3+. Перевагою празеодиму над іонами перехідних елементів є те, що основні смуги поглинання іонів Pr3+ у видимій області світла лежать у діапазоні 430 – 490 нм, тобто там де випромінюють сині світлодіоди. При цьому, положення смуг поглинання слабко залежать від типу кристалічної або скляної матриці. У цій роботі розглянуто люмінесцентні покриття на основі легованих іонами Pr3+ кристалів KBi(MoO4)2 та K2Bi(PO4)(MoO4). Нанесення покриття на світлодіод здійснювалося за допомогою полімеру – ціанокрилатного клею. З’ясовано, що застосований полімер слабко поглинає випромінювання світлодіода та не виявляє суттєвої люмінесценції в видимій області при збудженні на 446 нм. Виявлено, що для покриття на основі K2Bi0.99Pr0.01(PO4)(MoO4) люмінесценція оксиду, за положенням смуг, відповідає певною мірою червоній смузі поглинання хлорофілу б та смугам поглинання хлорофілу а в діапазоні 590 – 620 нм. Однак ефективність перетворення синього світла в червоне для цього покриття є невисокою. Кращих результатів можна досягти при застосуванні оксиду KBi0,9Pr0,1(MoO4)2, смуги свічення якого гарно корелють із смугами поглинання хлорофілів. Ефективність досліджених люмінесцентних покриттів для фіто-світлодіодів можна підвищити шляхом зміни вмісту празеодиму в оксиді KBi1-хPrх(MoO4)2 та оптимізацією методу нанесення покриття.
Ключові слова: бісмут, молібдат, празеодим, світлодіод, фосфат, фотолюмінесценція, хлорофіл
Посилання
Kusuma, P., Pattison, P. M., & Bugbee, B. (2020). From physics to fixtures to food: Current and potential LED efficacy. Horticulture research, 7, 56.
Singh, S., Simantilleke, A. P., & Singh, D. (2021). Crystal structure and photoluminescence investigations of Y3Al5O12: Dy3+ nanocrystalline phosphors for WLEDs. Chemical Physics Letters, 765, 138300.
Farooq, U., Zhao, Z., Sui, Z., Gao, C., Dai, R., Wang, Z., & Zhang, Z. (2019). Tm3+/Dy3+/Eu3+ (Sm3+) tri-activated Y2WO6 as one potential single-phase phosphor for WLEDs. Journal of Alloys and Compounds, 778, 942-950.
Gu, S., Xia, M., Zhou, C., Kong, Z., Molokeev, M. S., Liu, L., ... & Zhou, Z. (2020). Red shift properties, crystal field theory and nephelauxetic effect on Mn4+-doped SrMgAl10-yGayO17 red phosphor for plant growth LED light. Chemical Engineering Journal, 396, 125208.
Pawar, P. P., Munishwar, S. R., & Gedam, R. S. (2016). Physical and optical properties of Dy3+/Pr3+ Co-doped lithium borate glasses for W-LED. Journal of Alloys and Compounds, 660, 347-355.
Boyko, V. V., Chornii, V. P., Nedilko, S. G., Terebilenko, K. V., & Slobodyanik, М. С. (2018). Luminestsentni vlastyvosti ortophosphatu bismutu legovanogo ionamy evropiyu ta prazeodymu [Luminescence properties of bismuth orthophosphate doped with europium and praseodymium ions]. Scientific bulletin of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine. Series: Technology and power engineering in agriculture, (283), 103-111.
Grigorjevaite, J., & Katelnikovas, A. (2020). Synthesis and optical properties investigation of blue-excitable red-emitting K2Bi(PO4)(MoO4):Pr3+ powders. Journal of Materials Research and Technology, 9(6), 15779-15787.
Chornii, V., Boyko, V., Nedilko, S. G., Terebilenko, K., & Slobodyanik, M. (2021). Synthesis, morphology and luminescence properties of Pr3+-containing phosphate-molybdate glass-ceramics. In 2021 IEEE 11th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP) (pp. 1-4). IEEE.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
