[01079961]基于能量传递的发光材料光谱调制及其应用

发光材料在缓解能源短缺、减少环境污染等方面有着广泛的应用，不但是高效节能的绿色照明光源LED中必不可少的成份，而且在提高太阳能电池光电转换效率、生物医学诊疗及工农业生产等众多领域有着重要的应用。不同的应用领域对发光材料的吸收/发射波长、发光强度等的需求不同，而通过能量传递可以对发光材料的吸收/发射波长和发光强度进行有效调制，使其满足不同领域的应用。该项目以能量传递为基础，以发光材料在LED、提高太阳能电池效率和基于荧光强度比技术的上转换光学温度传感器方面的应用为目的，设计合成了与之相匹配的系列发光材料，实现了对其激发与发射光波长、发光强度及效率的有效调制。该项目主要成果有： 第一，在能量传递的基础上提出了单一多色智能荧光粉的概念，设计合成了系列LED用智能荧光粉，尤其是根据植物生长对光的需求设计了稳定高效、成本低的LED植物生长灯用的单一基质近红外、红、蓝双色或多色发射的智能荧光粉；提出了红外激光激发的上转换型LED方案且其性能可通过调节激光功率和脉宽进行调节，并研究了系列稳定高效的上转换LED用发光材料。 第二，针对太阳光谱与太阳能电池响应曲线不一致导致的太阳能电池光电转换效率低的问题，设计合成了系列具有宽谱吸收的近红外下转换发光薄膜，将太阳能电池无法响应的紫外光和红外光有效地转化为太阳能电池可以吸收利用的波段，探讨了近红外发光机制及能量传递过程，提高了太阳能电池对太阳光利用率和光电转换效率。 第三，在研究上转换发光材料热稳定性基础上开发了基于荧光强度比技术的上转换光学测温材料，通过引入有效的能量传递提高了上转换发光强度，并结合第一性原理计算对影响其测温灵敏度的因素进行了系统研究，获得了尺寸可控的高灵敏度上转换光学测温材料，并探究了其在生物组织内实时温度探测和在光热治疗中的潜在应用。 该项目主要科学发现点之一是针对植物生长对光的需求设计了LED植物生长灯用的近红外、红光和蓝光双色或多色荧光材料，对植物生长节奏和光合作用效率进行了有效调控；同时为避开国际知识产权提出了上转换型LED并提出了相应的荧光粉设计方案。发现点之二是提出了宽带近红外光谱调制的方案，提高了太阳能电池对太阳光的利用效率和光电转换效率。发现点之三是系统研究了影响基于荧光强度比技术的无接触式光学温度传感器测温灵敏度的因素，为开发高精度测温的灵巧上转换光学温度传感器提供了依据。 该研究着眼于发光材料在绿色高效的LED光源、调节植物生长周期和提升农作物产量的LED植物生长灯以及提高太阳能电池光电转换效率的发光薄膜和医学诊疗用光学测温方面的应用。这些研究与社会所面临的能源、环境和生物医学问题密切相关，具有良好的应用前景和重大的社会意义。基于该项目的研究成果获授权发明专利5项；并在ACS Applied Materials and Interfaces，Journal of Materials Chemistry等国际著名期刊发表SCI论文59篇，其中一区10篇，二区32篇，相关成果引起国内外同行关注并获高度评价。其中8篇主要代表作被包括Chemical Society Reviews，ACS Applied Materials and Interfaces，Advanced Optical Materials在内的国际顶级期刊正面引用530余次，他引480余次，其中代表作2入选美国科技信息所基本科学指标数据库热点论文(EsI-Top0.1％)，代表作1，2和5入选美国科技信息所基本科学指标数据库高被引论文(ESI-Top1％)；受邀在国内外学术会议上做报告27次。