华南理工夏志国教授团队：红色荧光粉用于大功率暖白光照明

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41377-021-00498-6

在过去的几十年中，固态照明（SSL）取得了飞速的发展，并且肯定会主导未来的照明市场。SSL的当前标准体系结构是磷光转换的发光二极管（pc-LED），其中蓝色LED芯片被分散在有机粘合剂中的一种或多种下转换磷光体覆盖，以产生复合白光。尽管在pc-LED上取得了令人瞩目的成就，但是臭名昭著的“效率下降”，即效率随输入功率密度的增加而出现非热下降，仍使pc-LED在需要高亮度和光通量光源的领域中无法运行。最近，激光二极管（LD）驱动的SSL方法（聚焦的激光束照亮磷光颜色转换器）可以产生比现有LED光源高出2-10倍的亮度。这种方式对于汽车前照灯，户外照明，多媒体投影仪，激光电视等特别有吸引力。然而，激光的热冲击是极端的，使得物理和化学稳定性较差的传统有机粘结剂不适合用于半导体激光器的应用。因此，在开发具有高效且稳定的发光性的新材料方面投入了大量的精力，包括单晶磷光体，多晶陶瓷磷光体和玻璃中磷光体（PiG）。

尽管到目前为止已经成功地设计和构造了各种类型的块状磷光体，但是实际上几乎所有报道都限于掺Ce3 的石榴石型黄光PiG/陶瓷复合磷光体。显然，基于“蓝色激光 发射黄光的YAG:Ce3 石榴石”方案的大功率白色照明设备在应用中仍然存在缺陷，因为缺少红色成分，从而导致具有相关色温较高的淡白色光（CCT>7500 K）和低显色指数（CRI <75）。因此，发现有效的红色发光体荧光粉是必不可少的。关于这种情况，已经做出了特殊的努力来制造发红光的CaAlSiN3:Eu2 PiG/陶瓷复合材料，但是很少能满足实际应用中的高要求。其原因是（1）CaAlSiN3:Eu2 荧光粉在高温下与玻璃熔块共烧结时不可避免地受到侵蚀，导致其发光性能较差，即与新鲜的CaAlSiN3:Eu2 荧光粉相比，其量子效率较低，热辐射淬灭较强。（2）陶瓷的制造受到高压和高真空条件的严格限制，然后这种复杂且经济上不利的制备方法阻碍了其工业生产。

无机玻璃的结晶有助于一步一步以无压力，经济高效且可扩展的方式实现具有新功能的块状复合材料的新晶体形成和转变，这是Y2O3-Al2O3玻璃中Y3Al5O12:Ce3 纳米荧光体原位结晶的典型例子。尽管如此，开发这种发出红色光的Eu2 活化块状磷光体的策略仍然面临着巨大的挑战，实际上还没有关于此的报道。主要的挑战主要源于这样一个事实，即人们很难以掺杂剂的质心位移/晶体场分裂能的大小来使主体结晶，这可以在红色电磁频谱区域设置5d能级。尽管如此，在玻璃成分设计的极大自由度和高度可控的结晶过程的鼓励下，从而使我们能够有意地操纵光谱特征，制备红色发光复合荧光粉的惊人创新有望实现。（文：无计）