Участие в ФЦП. Проект "Разработка высокопреломляющих стекол и технологий инкорпорирования в них высокоэффективных люминофоров для мощных светоизлучающих диодов и матриц"

Проект по теме: «Разработка высокопреломляющих стекол и технологий инкорпорирования в них высокоэффективных люминофоров для мощных светоизлучающих диодов и матриц»

 

Руководитель проекта: зав. кафедрой ОТиМ Университета ИТМО, д.ф.-м.н. Никоноров Н.В.

 

Участники проекта:

Получатель субсидии - Университет ИТМО.

Задачи в проекте: разработка технологии синтеза прозрачных высокопреломляющих стеклообразных матриц и методов введения наноразмерного порошка люминофора в стекло

 

Иностранный партнер №1 - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA, Швейцария

Задачи в проекте: разработка технологии производства наночастиц люминофора

 

Иностранный партнер №2 - Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH, Германия).

Задачи в проекте: разработка теории конверсионной эффективности в прозрачных люминофорах

 

 

Основанием для работы является Соглашение о предоставлении субсидии от 21 августа 2015 г. № 14.587.21.0012 с Минобрнауки России на выполнение исследований (выполнение проекта) по теме: «Разработка высокопреломляющих стекол и технологий инкорпорирования в них высокоэффективных люминофоров для мощных светоизлучающих диодов и матриц» (уникальный идентификатор проекта: RFMEFI58715X0012).

 

Цель проекта:

Разработка высокопреломляющих стекол и методов введения в них нано- и микро-размерных порошков алюмо-иттриевого граната, активированного церием, для создания высокоэффективных композитов типа «люминофор в стекле» (phosphor in glass, PiG), используемых в мощных светодиодах и матрицах, излучающих белый свет.

   

«В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21.08.2015 № 14.587.21.0012 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 21.08.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:

1.     Подготовка аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках исследований, в том числе обзор научных информационных источников.

2.     Проведение патентных исследований в соответствии с требованиями ГОСТ Р15.011-96.

3.     Разработка технологии создания порошков YAG:Ce с размером частиц от 1000 до 5000 нм методом твердотельных реакций.

4.     Разработка теоретической модели распространения излучения в низкорассеивающем композите, описывающей прохождение света возбуждения длиной 450 нм и люминесценции длиной 560 нм в композите с размерами частиц от 10 до 1000 нм.

 

«В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21.08.2015 № 14.587.21.0012 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2016 по 30.06.2016 выполнялись следующие работы:

1. Разработка составов неактивированных прозрачных высокопреломляющих стекол.

2. Разработка составов прозрачных высокопреломляющих стекол, активированных Mn, Eu и Sm.

3. Разработка разового технологического регламента создания прозрачных неактивированных высокопреломляющих стекол.

4. Разработка разового технологического регламента создания прозрачных высокопреломляющих стекол, активированных Mn, Eu и Sm.

5. Создание лабораторных образцов прозрачных высокопреломляющих стекол, неактивированных и активированных Mn, Eu и Sm.

6. Разработка программы и методик испытаний основных характеристик прозрачных высокопреломляющих стекол.

7. Проведение испытаний основных характеристик лабораторных образцов прозрачных высокопреломляющих стекол.

8. Разработка технологии создания порошков YAG:Ce с размером частиц 10-100 нм методом пламенного пиролиза аэрозолей.

9. Разработка численной модели распространения излучения в низкорассеивающем композите, описывающей прохождение света возбуждения длиной 450 нм и люминесценции длиной 560 нм в композите с размерами частиц от 10 до 1000 нм.

 

«В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21.08.2015 № 14.587.21.0012 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01.07.2016 по 31.12.2016 выполнялись следующие работы:

1. Разработка разового технологического регламента создания прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле» методом спекания.

2. Разработка разового технологического регламента создания прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле» золь-гель методом.

3. Разработка технологии создания порошков TiO2 с размером частиц 10-100 нм методом пламенного пиролиза аэрозолей с долей рутила в порошке не менее 30%..

4. Разработка численной модели изменения квантового выхода излучения из наночастиц при показателях преломления окружения от 1,7 до 2.2.

 

«В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21.08.2015 № 14.587.21.0012 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 4 в период с 01.01.2017 по 31.12.2017 выполнялись следующие работы:

1.     Создание лабораторных образцов прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле» методом спекания и золь-гель методом.

2.     Разработка программы и методик испытаний основных характеристик прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле». 

3.     Проведение испытаний основных характеристик лабораторных образцов прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле».

4.     Создание лабораторного макета мощного светодиода с люминофором типа «люминофор в стекле».

5.     Измерение характеристик созданного лабораторного макета светодиода.

6.     4.6 Оценка результатов выполнения проекта.

7. Разработка методики создания сверхтонких фрит из стекла с выбранным в ходе проекта химическим составом методом пламенного пиролиза аэрозолей.

8. Разработка технологии создания порошков модифицированных гранатов, активированных церием, с размером частиц от 1000 до 5000 нм методом твердотельных реакций с использованием следующих ионов модификаторов: Gd, Ga, Cr, Tb.

9. Разработка численной модели вывода излучения возбуждения с длиной волны 450 нм и излучения люминесценции с длиной волны 560 нм для структурированных поверхностей с размерами шероховатости от 50 до 200 нм и 10 до 100 мкм.

10.         Разработка численной модели вывода излучения возбуждения с длиной волны 450 нм и излучения люминесценции с длиной волны 560 нм из композитов произвольной формы и определение оптимальной формы композита.

 

При этом были получены следующие результаты:

На этапе 1:

1.     Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках исследований, в том числе обзор научных информационных источников.

2.     Проведены патентные исследования в соответствии с требованиями ГОСТ Р15.011-96.

3.     Разработана технология создания порошков YAG:Ce с размером частиц от 1000 до 5000 нм методом твердотельных реакций.

4.     Разработана теоретическая модель распространения излучения в низкорассеивающем композите, описывающей прохождение света возбуждения длиной 450 нм и люминесценции длиной 560 нм в композите с размерами частиц от 10 до 1000 нм.

 

На этапе 2:

1. Разработаны составы прозрачных высокопреломляющих стекол неактивированных и активированных Mn, Eu и Sm.

2. Разработаны разовые технологического регламента создания прозрачных высокопреломляющих стекол неактивированных и активированных Mn, Eu и Sm.

3. Созданы лабораторные образцы прозрачных высокопреломляющих стекол, неактивированных и активированных Mn, Eu и Sm.

4. Разработана программа и методики испытаний основных характеристик прозрачных высокопреломляющих стекол.

5. Проведены испытания основных характеристик лабораторных образцов прозрачных высокопреломляющих стекол.

6. Разработана технология создания порошков YAG:Ce с размером частиц 10-100 нм методом пламенного пиролиза аэрозолей.

7. Разработана численная модель распространения излучения в низкорассеивающем композите, описывающей прохождение света возбуждения длиной 450 нм и люминесценции длиной 560 нм в композите с размерами частиц от 10 до 1000 нм.

 

На этапе 3:

1. Разработан разовый технологический регламент создания прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле» методом спекания.

2. Разработан разовый технологический регламент создания прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле» золь-гель методом.

3. Разработана технология создания порошков TiO2 с размером частиц 10-100 нм методом пламенного пиролиза аэрозолей с долей рутила в порошке не менее 30%..

4.     Разработана численная модель изменения квантового выхода излучения из наночастиц при показателях преломления окружения от 1,7 до 2.2.

 

На этапе 4:

1.   Созданы лабораторные образцы прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле» методом спекания и золь-гель методом.

2.   Разработана программа и методики испытаний основных характеристик прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле». 

3.   Проведены испытания основных характеристик лабораторных образцов прозрачных нанокомпозитных люминофоров типа «люминофор в стекле».

4.   Cоздан лабораторный макет мощного светодиода с люминофором типа «люминофор в стекле».

5.   Измерены характеристик созданного лабораторного макета светодиода.

6.   Дана оценка результатов выполнения проекта.

7.   Разработана методика создания сверхтонких фрит из стекла с выбранным в ходе проекта химическим составом методом пламенного пиролиза аэрозолей.

8.    Разработана технология создания порошков модифицированных гранатов, активированных церием, с размером частиц от 1000 до 5000 нм методом твердотельных реакций с использованием следующих ионов модификаторов: Gd, Ga, Cr, Tb.

9.   Разработана численная модель вывода излучения возбуждения с длиной волны 450 нм и излучения люминесценции с длиной волны 560 нм для структурированных поверхностей с размерами шероховатости от 50 до 200 нм и 10 до 100 мкм.

10.                      Разработана численная модель вывода излучения возбуждения с длиной волны 450 нм и излучения люминесценции с длиной волны 560 нм из композитов произвольной формы и определение оптимальной формы композита.

 

Охраноспособные РИД, полученные в рамках проекта

Изобретение заявка № 2017111930 от 07.04.2017 "Стекло", РФ.

Изобретение заявка № 2017111931 от 07.04.2017 "Стекло", РФ.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018611460 от 02.02.2018 «Анализ колориметрических характеристик источников белого излучения» (заявка № 2017663005 от 13.12.2017), РФ.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018611461 от 02.02.2018 «Расчет диаграммы направленности белых светодиодов, выполненных по технологии «дистанционный фосфор» (заявка № 2017663004 от 13.12.2017), РФ.
 

 

Опубликовано 9 научные статьи:

1.       Nikonorov, N.V. Inorganic Phosphors in Lead–Silicate Glass for White LEDs / N.V. Nikonorov, E.V. Kolobkova, V.A. Aseev, A.Yu. Bibik, Ya.A. Nekrasova, Yu.V. Tuzova and A.I. Novogran // Optics and Spectroscopy – 2016.

2.       Kolobkova, E. Luminescent properties of fluorine phosphate glasses doped with PbSe and PbS quantum dots / E. Kolobkova, Z. Lipatova, A. Abdrshin, N. Nikonorov // Optical Materials – 2016.

3.       Sgibnev, E.M. Spectral-Luminescent Properties of Silver Molecular Clusters and Nanoparticles Formed by Ion Exchange in Antimony-Containing Photo-Thermo-Refractive Glasses / E.M. Sgibnev, N.V. Nikonorov and A.I. Ignat’ev // Optics and Spectroscopy – 2017.

4.       Borlaf, M. Deep submicrometer particles of YAG:Ce with high photoluminescent quantum yield prepared by flame spray synthesis/ M. Borlaf, R. Kubrin, V. Aseev, A. Petrov, N. Nikonorov, T. Graule// Journal of the American Ceramic Society – 2017.

5.       Babkina, A.N. Features of copper chloride nanocrystals formation in potassium aluminoborate glass / A.N. Babkina, P.S. Shirshnev, N.V. Nikonorov, A.M. Efimov // Journal of non-crystalline solids – 2017.

6.       Gorbiak, V.V. Multilevel optical information recording in silver-containing photosensitive glasses by UV laser pulses / V.V. Gorbiak, A.I. Sidorov, V.N. Vasilyev, V.D. Dubrovin, N.V. Nikonorov // Optical engineering – 2017. Evstropiev, S.K. Transparent bactericidal coatings based on zinc and cerium oxides / S.K. Evstropiev, A.V. Karavaeva, K.V. Dukelskii, V.M. Kiselev, K.S. Evstropyev, N.V. Nikonorov, E.V. Kolobkova // Ceramics International – 2017.

7.       Evstropiev, S.K. Transparent bactericidal coatings based on zinc and cerium oxides / S.K. Evstropiev, A.V. Karavaeva, K.V. Dukelskii, V.M. Kiselev, K.S. Evstropyev, N.V. Nikonorov, E.V. Kolobkova // Ceramics International – 2017.

8.       Kolobkova, E.V. The influence of low-temperature silver-ion exchange on the spectral-luminescent properties of fluorophosphate glasses doped with PbSe / E.V. Kolobkova, M.S. Kuznetsova, N.V. Nikonorov // Optics and spectroscopy – 2017.

9.       Babkina, A.N. A study of the effect of lithium oxide on the spectral properties of potassium-aluminoborate glass activated by chromium ions / A.N. Babkina, A.D. Gorbachev, K.S. Zyryanova, N.V. Nikonorov, R.K. Nuryev, S.A Stepanov // Optics and spectroscopy – 2017.

 

Полученные результаты и достижения проекта представлены:

1.                 The XVI International Feofilov Symposium (IFS'XVI) (9 - 11 ноября 2015 г., Санкт-Петербург).

2.                 Научная конференция в рамках выставки «ВУЗПРОМЭКСПО-2015» (2 - 4 декабря 2015 г., Москва).

3.                 1st International Symposium on Advanced Photonic Materials of International congress 2016 “Lasers and Photonics” (27 июня – 1 июля 2016 г., Санкт-Петербург).

4.                 XLVI научная и учебно методическая Конференция Университета ИТМО (31 января  - 3 февраля 2017 г., Санкт-Петербург).

5.                 X Международнаяконференция молодых ученых и специалистов «Оптика 2017» (16-20 октября 2017 г., Санкт-Петербург).

 

Выполненный объем работ полностью соответствует поставленной цели и задачам выполнения проекта, перечню работ прописанным в плане-графике, техническим характеристикам и требованиям к работам и их результатам.

 

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетных этапах исполненными надлежащим образом:

-         АКТ оценки исполнения обязательств на этапе № 1 от 5 апреля 2016 г.

-         АКТ №1 о выполнении условия предоставления субсидии от 20 мая 2016 г.

-         АКТ оценки исполнения обязательств на этапе № 2 от 18 октября 2016 г.

-         АКТ №2 о выполнении условия предоставления субсидии от 7 ноября 2016 г.

-         АКТ оценки исполнения обязательств на этапе № 3 от 15 мая 2017 г.

-         АКТ №3 о выполнении условия предоставления субсидии от 17 июля 2017 г.

Информация © 2015-2018 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Департамент информационных технологий