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全球消息!研究人員造出新型透明陶瓷,可用于大功率LED、高密度激光照明領(lǐng)域
2023-06-24 08:40:08 來源:DeepTech深科技 編輯:

憑借良好的透光性、力學(xué)性能和熱導(dǎo)率,透明陶瓷材料已經(jīng)成為一類非常重要的“結(jié)構(gòu)-功能一體化”陶瓷材料,但其通常需要通過 1000℃以上的高溫燒結(jié)制備而來。

基于無機透明陶瓷基體的熒光轉(zhuǎn)換材料,在大功率 LED(發(fā)光二極管,light-emitting diode)、激光照明、激光顯示及閃爍體等光電子器件領(lǐng)域,有著其他材料無法替代的能力。

但是,透明陶瓷過高的燒結(jié)溫度一方面導(dǎo)致許多先進的熒光粉體無法單獨燒透;另一方面,熒光粉體與透明陶瓷基體在高溫下的界面反應(yīng)也會使得復(fù)相陶瓷失透,這極大阻礙了全無機熒光轉(zhuǎn)換材料在大功率和高密度激光器件領(lǐng)域的應(yīng)用。


(資料圖片)

注意到上述情況之后,東華大學(xué)教授立項了一個課題,希望可以解決上述痛點。

通過和華南理工大學(xué)教授的合作,他們在 350℃的低溫下燒結(jié)制備了具有高可見光透過率的CaF2透明陶瓷。利用這種低溫燒結(jié)技術(shù),能夠很容易實現(xiàn)透明陶瓷基體與 CaAlSiN3:Eu2+等發(fā)光性能優(yōu)異、但是熱穩(wěn)定性不高的熒光粉體進行復(fù)合,并能避免由于界面反應(yīng)導(dǎo)致熒光材料性能的損失。

由于CaF2陶瓷光學(xué)上的各向同性,基于這種透明陶瓷的熒光轉(zhuǎn)換體,表現(xiàn)出高達 92 的顯色指數(shù)和120lmW-1的光效,并可以發(fā)展為一種普適性的基體材料,從而用于大功率 LED、以及高密度激光照明和激光熒光顯示領(lǐng)域。

研究中,他們通過冷燒結(jié)技術(shù)來制備氟化物透明陶瓷,該技術(shù)可被視為一個普適性的熒光塊體材料制備平臺,它能兼容包括稀土熒光粉和半導(dǎo)體量子點在內(nèi)的大多數(shù)熒光粉體。

而在透明陶瓷材料基體的制備過程,他們也曾遇到一些問題。比如,最開始在選擇冷燒結(jié)助劑的時候,他們通過大量的嘗試,最終發(fā)現(xiàn)一定濃度的鹽酸具有更佳的溶解沉淀作用。

此外,在與熒光粉復(fù)合做熒光陶瓷的過程中,還遇到了陶瓷塊體易碎性的問題,很長一段時間內(nèi)他們都無法得到完整的塊體材料,自然也就不能進行后續(xù)性能的測試。

后來通過多次探討,在壓力、溫度和溶劑濃度上進行反復(fù)調(diào)整,最終耗時將近兩個多月,終于將制備工藝予以完善,借此得到完整的塊體材料。

最終,相關(guān)論文以《高透明氟化鈣納米陶瓷的冷燒結(jié)作為高功率照明的通用平臺》()為題發(fā)在Advanced Functional Materials上 [1],高杰是第一作者,和擔任共同通訊作者。

圖 | 相關(guān)論文(來源:Advanced Functional Materials

表示:“我認為是以下因素促成了本次課題的成功:首先,第一作者博士生高杰非常勤奮,他是我們課題組在冷燒結(jié)方向上招的第一個學(xué)生,動手能力和文獻閱讀能力都比較強,而且能在一個新方向上持續(xù)鉆研;其次就是團隊的積累,我們組的教授在陶瓷燒結(jié)方向上已經(jīng)深耕多年,在熒光陶瓷方向上取得了許多成果,這為本課題奠定了良好的基礎(chǔ)。再次就是強強聯(lián)合,華南理工大學(xué)教授是無機發(fā)光材料方面的專家,為本次課題提供了許多幫助?!?

圖 | 范宇馳和高杰(來源:)

此外,之所以在日本讀博之后回國發(fā)展,也是受到了教授的影響。他說:“江老師是我研究生期間的導(dǎo)師,也是一位日本歸僑,在國家最需要人才的時候他放棄國外的優(yōu)厚待遇回國發(fā)展,在粉末冶金和陶瓷制備技術(shù)方面取得了很多成績。老師的選擇也深深感染和教育了我,我深深感受到一個人把學(xué)識與國家需要和國家建設(shè)結(jié)合起來,才最能體現(xiàn)出自己的價值?!?

另據(jù)悉,曾擔任國際元素周期表年(IYPT 2019)銪(Eu)元素代言人。對此他表示:“我很榮幸能夠擔任國際元素周期表年(IYPT 2019)銪(Eu)元素代言人,這是因為我一直從事Eu2+摻雜稀土發(fā)光材料的研究,能有這個機會是對我的莫大鼓勵。我認為一方面我們需要在研究中耐得住寂寞,對于Eu2+摻雜稀土發(fā)光材料這一個傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域,我堅守了許多年,做出了幾種非常有特色的稀土熒光粉,包括同行熟知的Eu2+摻雜窄帶綠色熒光粉、Eu2+摻雜氧化物基紅色熒光粉和Eu2+摻雜近紅外熒光粉等。另一方面,如果有機會宣傳自己的工作,也應(yīng)該盡力去爭取,我當時給中國化學(xué)會提交了銪(Eu)元素代言人的申請表,中國化學(xué)會的工作人員應(yīng)該是考察了我的研究背景,最終給了我這個機會,特別感謝中國化學(xué)會。

參考資料:

, J., Xia, Z., Ding, Q., Liu, Y., Yan, P., Hu, Y., ... & Jiang, W. (2023). Cold Sintering of Highly Transparent Calcium Fluoride Nanoceramic as a Universal Platform for High‐Power Lighting.Advanced Functional Materials, 2302088.

排版:朵克斯

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