科创中国

半导体生物光照材料是微纳米发光材料是当前先进照明与显示以战略新型产业，以及生物荧光探针前沿热点领域的关键和核心材料。本文将结合半导体照明与背光显示技术的发展趋势，从荧光转换材料的角度，总结其在照明领域所面临技术瓶颈或挑战，如大功率芯片的结温管理及其对传统封装方式“蓝光芯片+稀土荧光粉+有机封装胶”的冲击，介绍近些年以来本课题组在大功率照明用新型稀土发光玻璃陶瓷材料研制，以及基于“蓝光芯片+稀土发光玻璃陶瓷”方案的器件工作的研究进展；同时，从荧光材料的角度，总结了当前背光显示用新型超窄带非稀土红色发光材料的技术瓶颈或挑战，即合成不绿色和耐水性差，介绍近年来本课题组在背光显示用新型超窄带非稀土红色发光材料的绿色合成与机理，以及耐水性能改善方面的研究进展；同时，将结合生物成像对纳米长余辉材料的要求，总结其当前所面临的关键科学问题或挑战，如余辉性能弱、尺寸与形貌分散性差、生物成像模式单一等等，介绍近些年以来本课题组在纳米长余辉材料可控合成、形貌与性能调控以及其在多模式生物成像应用研究进展。

（1）蓝紫光转光的深红光和远红光无机颗粒、玻璃光照材料的量产线 ；

（2）蓝紫光芯片远红光材料光照组件的封装生产线；

（3）针对植物以及微藻种植、畜牧与家禽养殖的生物光照的定制数据库研发；（4）植物、畜牧与家禽养殖业的生物光照工程设计与安装；

（5）设计光伏/光热-储电-LED多模式智能供电系统；

（6）设计与研制面向粮食类作物种植的强光照系统及光纤生物远程生物光照系统。

  现有相关项目与市场产品的电耗及能耗高、成本与品质控制关键问题

1复合半导体光催化剂

由两种或者两种以上的材料在能带合适的前提下结合在一起而制各出来的光催化剂，复合的新材料既能有效调节单一材料的性能，又会产生出许多新的光化学、光物理方面的特性。当光子激发能较高，半导体间均可发生带间的电子跃迁。由于不同半导体价带和倒带的能级差异，空穴和电子分别聚集在不同的半导体上从而分离载流子，提高光子效率；当光子激发能较低时，仅能激发导带高的电子跃迁至导带较低的半导体上，从而是电子与空穴分离，可被吸收的光的波长范围增加至可见光区。近几年来，对二元半导体复合进行了许多研究，如Ti02／CdS、TiO2／PbS、Ti02／WO3、CdS／Zno、ZnO／ZnS等。这些复合半导体的光催化性能都高于单一半导体。

2过渡金属掺杂光催化剂

掺杂过渡金属原子到半导体催化剂中，由于过渡金属原子具有较多未饱和的d轨道，半导体的能级结构会发生改变，从而对光激发产生的光生载流子起到俘获作用，而且可以降低电子跃迁所需的能量。Choi等研究了21种金属离子对Ti02的纳米颗粒，得出其中掺杂Fe3+的效果最好。并认为掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与Ti02能带匹配程度、电荷的转移和复合等因素对催化剂的活性有直接影响。

3非金属掺杂光催化剂

目前用于半导体光催化剂掺杂的非金属元素主要有氮、硫、卤素和碳，研究得最多的是掺杂氮非金属离子的掺杂很少形成复合中心，而是通过提升价带位置使半导体的带隙变窄而使其具有可见光吸收。Asahi等人将Ti02于N2气氛下高温退火得~Ti02一xNx，其光谱吸收明显的扩展到可见光范围，理论计算表明，氮掺杂Ti02的价带被提升，禁带宽度变窄，其在可见光下显示出了良好的光催化降解有机污染物的性能。

4贵金属沉积

在半导体表面负载贵重金属，可以改变半导体材料的表面性质从而提高光催化反应的性能。在半导体受光激发后，由于金属的功函数比半导体材料的功函数高，电子迁移到负载的贵金属上并被捕获，抑制了电子一空穴对的复合，从而提高了光催化反应的效率。贵金属沉积的主要方法有浸渍还原法光还原法和缦渍还原法。