Fabbricazione di fosforo nel vetro utilizzando vetro di scarto per applicazioni di illuminazione automobilistica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4456 (2023) Citare questo articolo

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Una correzione dell'autore a questo articolo è stata pubblicata il 9 maggio 2023

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Con il progresso della tecnologia, i requisiti per i dispositivi che emettono luce stanno aumentando. Sono stati suggeriti vari tipi di tecnologie di confezionamento per migliorare le prestazioni dei diodi emettitori di luce (LED). Tra questi, il fosforo nel vetro (PiG) sta attirando l'attenzione grazie alla sua facilità di produzione e alle sue caratteristiche facilmente modificabili. Poiché PiG attira sempre più attenzione, viene condotta attivamente anche la ricerca sui materiali in vetro. Tuttavia, gli studi sul vetro nel campo del fosforo sono condotti principalmente sulla fabbricazione. Sono stati riportati solo pochi studi sul riciclaggio. Pertanto, l'obiettivo di questo studio era riciclare il vetro di scarto scartato in altri campi a causa di rotture e guasti e utilizzarlo per fabbricare fosforo nel vetro. Il vetro di scarto cilindrico è stato polverizzato in polvere con una dimensione media di 12 μm, mescolato con un fosforo e sinterizzato per rinascere come fosforo nel vetro per ampliare il percorso di riciclaggio del vetro di scarto.

Nell'era del Net-Zero, i diodi a emissione di luce bianca (WLED) hanno ricevuto grande attenzione nel mercato globale dei LED ad alta potenza1,2,3. Sono utilizzati principalmente nelle tecnologie che emettono una luce intensa in campi di retroilluminazione, crescita delle piante e illuminazione automobilistica4,5,6. I WLED attualmente utilizzati a livello commerciale stanno implementando una tecnologia che utilizza una relazione cromatica complementare combinando un chip blu InGaN blu con un fosforo giallo di granato di alluminato di ittrio drogato con cerio (YAG: Ce3+) mescolato con resina di silicio. Tuttavia, la resina siliconica generalmente utilizzata per l'imballaggio del fosforo YAG:Ce3+ non è adatta per applicazioni LED ad alta potenza perché tali polimeri possono essere facilmente danneggiati dal calore o iniziare a scurirsi con il tempo e l'irradiazione UV1. Per sostituirli, sono stati sviluppati vari tipi di tecnologie di imballaggio come il cristallo singolo (SC), il fosforo ceramico (CP) e il fosforo in vetro (PiG)7,8,9. Tra questi, SC e CP possono portare a migliori proprietà termiche e ottiche rispetto ad altri tipi. Tuttavia, il loro processo di produzione è complicato e richiede condizioni di temperatura molto elevate10,11. Pertanto, PiG ha attirato molta attenzione come tecnologia in grado di soddisfare condizioni quali elevate prestazioni di luminescenza e bassi costi di produzione12,13. Inoltre, rispetto ad altri tipi, il PiG può essere prodotto combinando più componenti PiG con il vantaggio di controllare facilmente l'emissione di PiG14,15,16.

Il vetro viene utilizzato in vari campi per molti tipi di prodotti, come lastre di vetro, vetro per bottiglie, vetro LCD e vetro per lampade fluorescenti nella vita di tutti i giorni grazie ai suoi vantaggi quali eccellenti proprietà ottiche, stabilità chimica e basso costo17,18,19. Il riciclaggio del vetro è molto importante in termini di risparmio di risorse, risparmio energetico e smaltimento dei rifiuti. Il riciclaggio dei rifiuti limita l’impatto ambientale negativo delle attività industriali umane riducendo la produzione di materie prime20,21,22. In generale, i rifiuti di vetro vengono riciclati selezionando la tipologia in base allo scopo. Tuttavia, per la maggior parte dei rifiuti di vetro riciclato non è documentato alcun utilizzo, fatta eccezione per la produzione di bottiglie e gli aggregati da costruzione23,24. È necessario sviluppare continuamente tecnologie per utilizzare il vetro di scarto, che è difficile da riciclare a causa della rottura, poiché come materia prima per altre applicazioni dovrebbe essere un processo ad alta temperatura che utilizza molta energia25.

In questo studio riportiamo la fabbricazione di PiG utilizzando vetro di scarto che non può essere utilizzato a causa di rotture e difetti. Il vetro di scarto, inizialmente sotto forma di cilindro, è stato preparato sotto forma di polvere attraverso un processo di macinazione grossolana/fine. È stato quindi miscelato con un fosforo per preparare i PiG. I risultati hanno mostrato che i maialini prodotti con i rifiuti di vetro potrebbero raggiungere una qualità superiore rispetto ai prodotti commerciali. I PiG gialli e ambra prodotti utilizzando il vetro di scarto effettuato in questo studio possono essere applicati ai fari e agli indicatori di direzione laterali rispettando le politiche di riduzione del carbonio e riducendo lo spreco di risorse.