伴随互联网智能时代的开启, 发光材料的研发模式也从传统的“试错”、“经验指导实验”向“理论预测、实验验证”的新模式转变。高效的理论预测和快速的实验验证是实现这一转变的关键所在。现阶段, 高通量计算、机器学习等理论预测方法日渐成熟, 单颗粒诊断法等实验方法更加高效, 为新型发光材料的研制奠定了理论和实验基础。简要概述了近年来在稀土发光材料领域, 基于单颗粒诊断法和高通量计算挖掘发现新型荧光粉的研究进展。
单颗粒诊断法 高通量计算 新型荧光粉 single-particle-diagnosis high-throughput calculations new phosphors
1 1.厦门大学 材料学院, 固体表面物理化学国家重点实验室, 福建省表界面工程与高性能材料重点实验室, 厦门 361005
2 2.安顺学院 化学化工学院, 安顺 561000
激光驱动的白光光源在超高亮度、高准直性和远距离照明领域具有很大的应用潜力, 但由于蓝光激光和转换荧光在光源性质上的失配, 造成激光驱动白光光源的光均匀性差。本研究在Y3Al5O12 : Ce3+(YAG)荧光玻璃薄膜(PiG)中引入不同种类的第二相, 如TiO2、BN、Al2O3或SiO2作为散射介质来调节光路, 并对第二相的掺杂浓度分别进行了优化。研究分析了掺入不同种类第二相的YAG PiG获得激光驱动白光光源的实物照明图像和散斑图像、亮度和色温的角分布情况及其光学性质。结果发现, 引入第二相大大改善了白光光源的亮度和色温均匀性, 其中具有最大相对反射率的YAG-TiO2 PiG, 获得综合性能最佳的高均匀性白光光源, 在蓝光激光激发下, 其发光饱和阈值和光通量值达到最高, 分别为20.12 W/mm2和1056.6 lm。本研究为荧光转换材料中散射介质的选择提供了指导, 为实现高均匀性、高亮度的激光驱动白光光源奠定了基础。
光均匀性 激光驱动白光光源 光散射 荧光玻璃薄膜 光学性质 light uniformity laser-driven white lighting source scattering phosphor-in-glass film optical properties
激光照明光源具有高功率密度、高亮度、长寿命等优点，逐渐成为固态照明领域新的研究热点。激光光斑大小对正确评价激光荧光材料的光学性能具有十分重要的影响，然而一直以来领域内缺乏对这一问题的深刻而系统认知。本文以Y3Al5O12∶Ce3+-Al2O3(YAG∶Ce-Al2O3)荧光薄膜为例，通过对蓝光激光激发荧光薄膜的光斑尺寸的调控，系统研究了激光荧光材料的最大输出光通量、发光饱和阈值、色温、色坐标、光均匀性等光学性能随光斑面积的变化情况，揭示了光斑大小对最大输出光通量、发光饱和阈值以及光均匀性的显著影响，这将对规范激光荧光材料的性能评价提供指导性思路。
激光照明 激光荧光材料 光斑调控 光学性能 laser lighting laser phosphor laser spot regulation optical performance
1 江苏大学 材料科学与工程学院， 江苏 镇江 212013
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 透明光功能无机材料重点实验室， 上海 201899
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心， 北京 100049
4 上海应用技术大学 理学院， 上海 201418
5 厦门大学 材料学院， 福建 厦门 361005
通过固相反应结合真空烧结制备了(CexLu1-x)3Al5O12(Ce∶LuAG，x=0.0005，0.001，0.002，0.003，0.004)透明陶瓷。厚度为1.0 mm的Ce∶LuAG陶瓷在500~800 nm波长范围内的直线透过率大于75%。研究了不同浓度Ce∶LuAG陶瓷在454 nm蓝光LED激发下的吸收和发射特性，获得了可调的相关色温(5 653~7 433 K)。 所制备的Ce∶LuAG陶瓷具有优异的热性能和发光性能，在225 ℃下的PL强度较室温仅下降7%，0.1%Ce∶LuAG陶瓷在蓝光LED激发下的发光效率达到179 lm/W。进一步研究了不同厚度Ce∶LuAG陶瓷的发光饱和性能，1 mm厚的0.1%Ce∶LuAG陶瓷在功率密度为24.6 W/mm2的蓝光LD激发下获得了3 646 lm的高光通量，同时没有出现发光饱和现象。研究结果表明，Ce∶LuAG透明陶瓷具有高发光效率和热稳定性，适合用于大功率固态照明。
发光饱和 Ce∶LuAG陶瓷 颜色转换器 高亮度 luminescence saturation Ce∶LuAG ceramics color converter high-brightness
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所， 上海 200050
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院， 北京 100049
3 厦门大学 材料学院， 福建 厦门 361005
目前报道的高热导AlN-CaAlSiN3∶Eu红色复相荧光陶瓷由于放电等离子体烧结(SPS)产生的碳污染问题导致发光性能难以提高。本研究工作提出了一种减少氮化物荧光陶瓷碳污染的有效方法，即采用热等静压(HIP)在N2气氛中处理SPS烧结的样品。实验表明，经过HIP处理后样品的发光强度和量子效率最高均提高了一倍左右，光通量提高了51%，发光饱和阈值提高了15%以上。其中，性能最佳的样品在入射激光功率高达15 W时依然保持完好且未发生发光饱和，光通量高达197 lm。本研究工作利用HIP处理制备出具有优异发光性能和极高发光饱和阈值的红色荧光陶瓷，促进了大功率激光照明领域的发展。
激光照明 氮化物 荧光陶瓷 热等静压烧结 发光饱和 laser lighting nitrides phosphor ceramics hot isostatic pressing luminance saturation
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 3.厦门大学 材料学院, 厦门 361005
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
固态照明具有功率大、亮度高、体积小、节能环保等优点, 已成为21世纪最有前景的照明技术。作为固态照明关键材料, 荧光材料的性能直接决定固态照明器件的显色指数、流明效率和可靠性等技术参数。相较于荧光单晶、荧光玻璃、荧光薄膜及量子阱, 荧光陶瓷因具有优异的热学和光学性质及微观结构易调控等特点, 被认为是综合性能最优的大功率固态照明用荧光材料。未来, 荧光陶瓷将在汽车大灯、户外照明、激光电视、激光影院等领域得到更广泛的应用和发展, 具有广阔的市场前景。本文探讨了大功率固态照明用荧光陶瓷的设计原则, 重点介绍了目前研究相对较多的氧化物荧光陶瓷(主要指钇铝石榴石结构)和氮(氧)化物荧光陶瓷的研究进展, 最后对大功率固态照明用荧光陶瓷的未来发展方向进行了展望。
固态照明 荧光陶瓷 钇铝石榴石 氮(氧)化物 综述 solid-state lighting phosphor ceramics yttrium aluminum garnet nitrogen/oxynitrides review
氮化物荧光粉脱胎于氮化物结构陶瓷, 凭借其结构的丰富性和配位环境的特异性华丽转身, 成为具有优异发光性能和超高稳定性的重要光转换材料, 并为半导体照明与显示技术的发展建功立业。本文首先回顾了经典氮化物荧光粉的发展历程, 继而思考了它带来的启示, 即新材料的研究开发需摒弃传统思维模式, 立足于产业需求, 强化产学研合作。
稀土发光材料 氮化物荧光粉 固态照明 luminescent materials nitride phosphors solid state lighting
