全球十大照明新材料盘点
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照明产品要展现卓越的性能，离不开其优良的“基因”。作为照明产品“基因序列”的重要组成部分，材料的功能性特点十分重要。近年来，凭借着全球科研人员孜孜不倦的努力，多个与照明产品性能升级息息相关的新材料悉数面世，为照明用户不断缔造着源源不断的科技与生活价值。 下面，中国照明网通过对2020年全球十大照明新材料的展示，为新一年照明业界的科研创新加油鼓劲。 一、二氧化硅阵列图案化蓝宝石 1月，全球多国科研人员组成的国际研究团队通过相关实验发现，具有二氧化硅阵列的图案化蓝宝石(patterned sapphire with silica array，PSSA)是一种新型衬底，采用此衬底可大幅提高铟氮化镓、铝氮化镓(InGaN/AlGaN)UV LED的效率。 对于在传统PSS上生长基于AlGaN的UV LED，实验结果表明AI吸附原子的较大粘附系数会引起AlGaN在蓝宝石图案侧壁上的取向错误生长。结果还表明AlGaN与蓝宝石之间的有限折射率对比阻碍了蓝宝石图案的光输出耦合能力。鉴于此，最先进的UV LED仍然存在结晶质量差及光提取效率低等问题。 实验中，研究人员成功采用PSSA(即用二氧化硅阵列取代了蓝宝石图案)提升了结晶质量以及光提取效率，同时发现，得益于其具有更好的垂直生长模式并减少了聚结边界上的错配，PSSA降低了AlGaN外延层的螺纹位错密度。由于图案化二氧化硅阵列具有更高的折射率，在将光重定向到顶层和底层逃逸锥面这一点上，PSSA能够比PSS更好地起到反射和折射的作用。 二、基于钨的三维光子晶体 3月，美国伦斯勒理工学院的物理学家Shawn-Yu Lin通过系列研究发现一种名为基于钨的三维光子晶体(结构与金刚石晶体类似)的新材料，它受热的发光强度似乎超越了黑体辐射极限。
Shawn-Yu Lin发现，当加热至600K时，该新材料发光强度是黑体基准的8倍，材料结构显示出约1.7μm的辐射峰值。与此同时，新材料能发出类似由激光或发光二极管(LED)产生的同调光，但并不需要复杂昂贵的半导体结构。 研究结果显示，该新型材料产生热量的一种新方法，虽然理论无法完全解释这种现象，但科学家假设光子晶体各层之间的偏移允许光从晶体内部空间射出，发出的光在晶体结构内来回反弹从而改变了光的性能，行为几乎就像人造雷射材料。鉴于该材料这样的特性，其可用于能量收集、军事用红外物体追踪识别、大气化学光谱学研究、激光等领域。 三、蓝光卤化物钙钛矿晶体 3月，美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley，UC Berkeley)的科学家使用一种新型卤化物钙钛矿半导体材料制造出蓝光LED，克服了将这些廉价且易于制造的材料应用到电子器件中所面临的主要障碍。
该高校科学家研究发现，卤化物钙钛矿的不稳定性是由钙钛矿晶体结构的独特性质所致，此结构是由金属和卤原子组成。当这些元素在溶液中混合一起然后干燥时，原子就会组成一个晶体。加州大学伯克利分校及伯克利实验室的化学家使用一种新技术以及铯、铅和溴等成分制造出发射蓝光的钙钛矿晶体。 同时，该团队还发现这些晶体发射的光依赖于原子的排列及原子之间的距离，颜色随温度而变化。当温度为300开尔文时，一个在发射蓝光(波长450纳米)的钙钛矿晶体可突然在450开尔文时发射蓝绿光。根据该新型材料颜色随着温度变化的特点，其可以在不同的照明环境中得到多样化应用。 四、碘化亚铜半导体 3月，韩国科技研究院KIST宣布研究院研发团队使用由铜和碘成功合成碘化亚铜(CuI)化合物，并称其能够成为替代氮化镓生产蓝光LED的新型材料。 研究团队发现，碘化亚铜半导体发射出的蓝光亮度是氮化镓半导体的10倍以上。同时，碘化亚铜半导体在效率与设备长期稳定性方面的表现也更好。 KIST研究者开发出的碘化亚铜可在低成本的硅衬底上生长，且缺陷率低，因此碘化亚铜在使用目前已商用化的大尺寸硅衬底(300mm)上具备优势。同时，碘化亚铜薄膜的生长温度与硅基工艺中使用的温度相似，即低于300摄氏度。因此，可在不牺牲其性能的条件下沉积碘化亚铜薄膜，鉴于此，它能够应用到低成本、简单的硅半导体工艺中。 五、蓝宝石衬底AlN膜 4月，中国武汉大学研究人员在蓝宝石上制作高质量的AlN膜，以提升UVC LED产品的发光强度，增加消毒能力。
为突破基板上实现高质量AlN薄膜的挑战，研究人员特意设计了一种生长改性工艺，将降低了生长过程中破裂和降低了冷却后压缩应力的空隙引入AlN膜中以进行位错过滤和应力消除，在平坦的蓝宝石衬底上生产了几乎无应力的AlN膜。 通过该策略，使得基于AlGaN的UVC LED的商业化具有广阔的前景。 六、100nm蓝宝石纳米薄膜 5月，韩国首尔国立大学(SNU)的研究团队成功在100nm的蓝宝石纳米薄膜上生长出Micro LED阵列。
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