【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所的科研團(tuán)隊(duì)在高效、熱穩(wěn)定的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料研發(fā)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用雙陽離子取代策略，成功制備出一種新型鈦酸鹽鈣鈦礦熒光粉。這種材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度和量子產(chǎn)率得到極大提升，同時具備優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，為先進(jìn)照明、顯示及防偽技術(shù)提供了新的材料選擇。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Journal of Alloys and Compounds》期刊上。
在現(xiàn)代光子技術(shù)領(lǐng)域，如固態(tài)照明、全彩顯示和安全防偽等，對高效、穩(wěn)定發(fā)光材料的需求日益迫切。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料能夠?qū)⒌湍芰康慕t外光轉(zhuǎn)換為高能量的可見光，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，該領(lǐng)域長期面臨一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)高效的氟化物基質(zhì)材料熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性不足；而穩(wěn)定性較好的氧化物鈣鈦礦，卻又受限于較低的量子效率和明顯的熱猝滅效應(yīng)(即溫度升高時發(fā)光強(qiáng)度大幅減弱)，制約了其在高溫或惡劣環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用。
為解決這一矛盾，蔣長龍研究員團(tuán)隊(duì)及其合作者設(shè)計(jì)并制備了摻有Yb³?/Er³?和Yb³?/Tm³?離子對的雙陽離子鈦酸鹽鈣鈦礦材料(化學(xué)式為Li???Na?LaTi?O?)。這項(xiàng)研究的核心創(chuàng)新在于，通過精確調(diào)控晶格中A位的鈉離子和鋰離子比例，研究人員成功地引導(dǎo)材料發(fā)生了可控的晶體結(jié)構(gòu)相變(從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱饷骟w相)。
這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來了多重益處：
優(yōu)化了局部晶體場：改變了發(fā)光稀土離子周圍的微觀環(huán)境，增強(qiáng)了其對光子的吸收效率。
促進(jìn)了能量轉(zhuǎn)移：使作為“敏化劑”的Yb³?能更高效地將能量傳遞給作為“發(fā)光中心”的Er³?或Tm³?。
抑制了能量損耗：有效減少了非輻射復(fù)合過程，提升了材料的整體晶體穩(wěn)定性。
得益于該策略，優(yōu)化后的材料成分 Li?.?Na?.?LaTi?O?:Yb³?/Er³? 表現(xiàn)極為突出。與基準(zhǔn)材料相比，其上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)了32.2倍，量子產(chǎn)率更是提高了驚人的71.7倍。在980納米激光激發(fā)下，該材料能發(fā)出明亮且顏色可調(diào)(綠色和藍(lán)色)的光。更為重要的是，它在一個很寬的溫度范圍內(nèi)都保持了優(yōu)異的發(fā)光性能，熱穩(wěn)定性問題得到了顯著改善。
這項(xiàng)研究不僅為設(shè)計(jì)和優(yōu)化高性能上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料開辟了一條新的思路，也為開發(fā)適用于高溫環(huán)境或需要長期可靠性的照明顯示器、精密防偽標(biāo)簽等產(chǎn)品提供了堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。該工作由博士研究生Abdulkareem Qasem、博士后楊帆和蔣長龍研究員等共同完成，并得到了國家自然科學(xué)基金等多個項(xiàng)目的支持。
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