LED光化学反应器在环境化学实验教学中的应用

介绍了一种新型LED光化学反应器的设计思路及装置,并将其分别应用于Cr(Ⅵ)光还原和有机砷光氧化两个环境化学实验教学中。结果表明:在波长394 nm的LED光反应器中,Cr(Ⅵ)光还原效率高达95%;在波长664 nm的LED光反应器中,有机砷氧化效率大于80%;应用实验说明该反应器具有良好的稳定性,且安全可靠,完全能够满足环境光化学实验教学的要求。     

Improved Light Extraction of GaN-based LED with Patterned Ga-doped ZnO Transparent Conducting Layer

In this study, patterned Ga-doped ZnO transparent conducting layers were made to increase the light-extraction efficiency of GaN-based LEDs. The patterns were designed by different side length, spacing and depth of the concave squares. Simulations and experiments were taken to study the light output powers of LEDs made by patterned transparent conducting layers. The area of the vertical sidewalls of the patterns is thought to have important effect on the light extraction of LEDs. With bigger sidewalls, the escape possibility of photon can be increased. Compared with conventional LEDs with planar Ga-doped ZnO transparent conducting layers, the light output power can be increased by 8.9% via using 10μm side length, 5μm spacing and 400 nm depth concave square patterns, which is basically consistent with the simulated results.     

量子垒结构对Si衬底GaN基绿光LED光电性能的影响

在Si衬底上外延生长了3种不同量子垒结构的绿光外延片并制作成垂直结构芯片,3种量子垒结构分别为Ga N、In0.05Ga0.95N/Al0.1Ga0.9N/In0.05Ga0.95N、In0.05Ga0.95N/Ga N/In0.05Ga0.95N,对应的3种芯片样品为A、B、C,研究了3种样品的变温电致发光特性。垒结构的改变虽然对光功率影响很小,但是在光谱性能上会引起显著改变,结果如下:在低温(13 K)大电流下,随着电流密度的增大,样品的EL谱峰值波长蓝移更为显著,程度依次为BA≈C;在高温(300 K)小电流下,随着电流密度的增大,样品EL谱的峰值波长蓝移程度的大小依次为ABC。在同一电流下,随着温度的升高,样品在大部分电流下的EL谱峰值波长出现"S"型波长漂移,在极端电流下又表现出不同的漂移情况。这些现象与局域态、应力、压电场、禁带宽度等因素有关。     

高效InGaN/AlInGaN发光二极管的结构设计及其理论研究

利用Advanced Physical Models of Semiconductor Devices (APSYS)理论对比研究了InGaN/AlInGaN 和 InGaN/GaN多量子阱作为有源层的InGaN基发光二极管的结构和电学特性。与InGaN/GaN 基LED 中GaN作为垒层材料相比,在AlInGaN材料体系中,通过调节AlInGaN中Al和In的组分可以优化器件的性能。当InGaN阱层材料中In组分为8%时,可以实现无应力的In_0.08Ga_0.92N/AlInGaN基 LED。在这种无应力结构中可以进一步降低大功率LED的"效率下降"(Effciency droop)问题。理论模拟结果显示,四元系AlInGaN作为垒层可以进一步减少载流子泄露,增加空穴注入效率,减少极化场对器件性能的影响。在In_0.08Ga_0.92N /AlInGaN量子阱中的载流子浓度、有源层的辐射复合率、电流特性曲线和内量子效率等方面都优于InGaN/GaN基LED。无应变AlInGaN垒层代替传统的GaN垒层后,能够得到高效的发光二极管,并且大电流注入下的"效率滚降"问题得到改善。     

纳米柱高度对GaN基绿光LED光致发光谱的影响

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀,在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构,通过扫描电子显微镜观察纳米柱结构的形貌,并测试了常温和10 K低温时的光致发光谱(PL)。结果表明:应变释放对压电场的影响显著,使得纳米柱结构样品的内量子效率(IQE)提高,PL谱峰值波长蓝移;应变在量子阱中的不均匀分布还使得PL谱半高全宽(FWHM)展宽。与普通平面结构相比,高度为747 nm的纳米柱结构可使得IQE提升917%,PL谱峰值波长蓝移18 nm、FWHM展宽7 nm。另外,纳米柱结构样品的有源区有效面积减小可使得PL谱FWHM减小。     

Sonophotocatalytic degradation of trypan blue and vesuvine dyes in the presence of blue light active photocatalyst of Ag3PO4/Bi2S3-HKUST-1-MOF: Central composite optimization and synergistic effect study

An efficient simultaneous sonophotocatalytic degradation of trypan blue (TB) and vesuvine (VS) using Ag₃PO₄/Bi₂S₃-HKUST-1-MOF as a novel visible light active photocatalyst was carried out successfully in a continuous flow-loop reactor equipped to blue LED light. Ag₃PO₄/Bi₂S₃-HKUST-1-MOF with activation ability under blue light illumination was synthesized and characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX), photoluminescence (PL) and diffuse reflectance spectra (DRS). The effect of operational parameters such as the initial TB and VS concentration (5–45 mg/L), flow rate (30–110 mL/min), irradiation and sonication time (10–30 min), pH (3–11) and photocatalyst dosage (0.15–0.35 g/L) has been investigated and optimized using central composite design (CCD) combined with desirability function (DF). Maximum sonophotodegradation percentage (98.44% and 99.36% for TB and VS, respectively) was found at optimum condition set as: 25 mg/L of each dye, 70 mL/min of solution flow rate, 25 min of irradiation and sonication time, pH 6 and 0.25 g/L of photocatalyst dosage. At optimum conditions, synergistic index value was obtained 2.53 that indicated the hybrid systems including ultrasound irradiation and photocatalysis have higher efficiency compared with sum of the individual processes.     

用于LED广告灯箱的自由曲面大角度透镜设计与仿真

基于能量守恒定律和网格划分法,设计了一种实现LED阵列近场均匀照明的自由曲面大角度透镜,其内曲面为椭圆形曲面、外曲面为自由曲面.根据能量守恒定律建立映射关系,对光源和目标面进行网格划分,并结合折射定律,迭代求解出外自由曲面数据点.分析了椭圆形内曲面的长短轴比值对透镜菲涅耳损耗和照度均匀性的影响.结果表明:短轴与长轴的比值在0.35~0.55时,出光效率和照度均匀性最佳.通过反馈优化法对LED阵列进行优化,重新划分网格,使叠加部分光照度减弱,提高了整体光照均匀性.仿真结果表明:仅对透镜外自由曲面的面型数据点进行优化,在目标面高度为80mm,透镜出光角度为157°时,优化后的整体光照均匀度由优化前的0.40提高到0.84,出光效率大于0.9.     

基于LabVIEW的显微镜自动控制设计

为方便CCD相机采集显微镜下的图像,对显微镜的控制进行了研究。设计了一种实现显微镜自动控制的方法。利用THB6128芯片驱动步进电机实现焦距的电控调节,利用PT4115芯片控制LED灯实现照明灯光亮暗的调节,基于labVIEW虚拟仪器平台开发主控制程序搭建外围硬件,实现显微镜的自动控制。实验证明,上位机运用程序通过串口进行数据通信向下位机发送指令,通过调节LED灯的亮暗以及步进电机转动带动载物台的上下移动,实现了在一个合适的光照和焦距下获取清晰的图像。使显微镜控制更加的简化与精确,便于图像的采集。     

基于ZigBee与WiFi的无线智能照明系统设计

为了提高照明系统的使用效率,减少电能的浪费。设计了一种以TI公司的CC2530芯片与Ralink公司RT5350芯片为核心的,结合了ZigBee与WiFi技术的无线智能照明系统。该系统在控制终端与各照明节点之间构建混合型无线通信网络,并实现了将ZigBee网络与UPnP标准相结合。控制终端可实时监测各照明节点的状态,同时可发送控制命令到各终端节点。分析了系统的工作原理、硬件架构、软件设计。实验结果表明,该系统能够可靠的完成信息的采集与发送,误包率在50m 范围内可控制在4.0%以内,系统具有误包率低,稳定可靠,成本低等优点,实现了照明系统的网络化管理。     

新型LED汽车前照灯光学系统设计

利用圆环形LED光源阵列结构,结合反射杯与自由曲面透镜的混合型配光,设计了可以实现对汽车前照灯远光和近光同时配光的光学系统。对经反射器聚光后的光线及配光屏幕进行了适当的网格划分,根据能量守恒定律,建立了出光角、自由曲面透镜与配光屏幕之间的坐标关系。结合折射定律,通过迭代计算得到自由曲面透镜上的点坐标,并使用三维建模软件得到透镜模型。利用Tracepro软件对光学系统模型进行了光线追迹。结果表明,所设计的光学系统可以同时满足GB 25991-2010《LED前照灯标准》对LED前照灯远光和近光的配光要求,与传统的LED前照灯相比,能耗可降低至原来的75%。