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超強激光科學卓越創新簡報
(第一百五十八期)
2020年12月17日

  上海光機在新型三元復合熒光陶瓷體系研究方面取得進展 

  近期,中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室與上海理工大學光電信息與計算機工程學院合作,在新型三元ZrO2-Al2O3-YAG:Ce復合熒光陶瓷研究方面取得新進展。相關成果發表于《歐洲陶瓷學會會刊》(Journal of the European Ceramic Society)。

  基于藍光LED和LD的快速發展,高功率白光LED和白光激光照明由于長壽命、高效率和環保節能等優點,已經成為未來照明的主流方向。但是,傳統白光LED采用的有機硅膠封裝Ce:YAG熒光粉由于熱導率差、易老化、色點偏移等問題,在高功率照明條件下性能難以滿足要求。以Al2O3-Ce:YAG為代表的無機復合熒光陶瓷由于具有熱導率高、物化性能好、抗老化/潮濕性能優異等特點,被認為是用于高功率白光LED和LD的重要候選材料。目前,對復合熒光陶瓷的研究主要集中在如Al2O3、MgAl2O4、CaF2、ZrO2與YAG的二元復合體系中。

  在該項研究中,首次制備了ZrO2-Al2O3-YAG:Ce的三元復合熒光陶瓷。其中,ZrO2作為第二相的引入可以使Ce3+發射峰由535 nm紅移至560~570nm,從而補充紅光成分,提高陶瓷顯色指數。而Al2O3作為第三相的引入,可以增加藍光在陶瓷中的光程,提高光提取效率。實驗結果發現,Al2O3、ZrO2、YAG的體積濃度比為11:3:86時,與藍光LED封裝得到的ZA-YAG:Ce陶瓷光效達到92.36lm/W,顯色指數為64,相較于單獨的ZrO2-YAG:Ce復相陶瓷和Al2O3-YAG:Ce復相陶瓷,其光效和顯指均有所提高,證明了ZrO2-Al2O3-YAG:Ce在白光LED方面的應用潛力。

  相關工作得到中科院國際合作項目和上海市科委創新項目的支持。(微納光電子功能材料實驗室供稿)

  

圖1 ZrO2-Al2O3-YAG:Ce 陶瓷退火前后照片及其激發發射光譜

圖2 ZrO2--Al2O3-YAG:Ce陶瓷SEM微觀形貌照片及其Zr、Al、Y元素EDS譜圖

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