??陶瓷基熒光轉(zhuǎn)換材料因其優(yōu)異的發(fā)光性能及穩(wěn)定性，能有效解決現(xiàn)有硅膠封裝LED的老化、色漂移、藍(lán)光溢出等問(wèn)題，成為目前大功率LED及激光照明用光轉(zhuǎn)換材料的一個(gè)重要研究方向。其中，采用透明陶瓷封裝商用熒光粉可有效規(guī)避傳統(tǒng)稀土離子摻雜型熒光陶瓷存在的易濃度淬滅及濃度難以調(diào)控等問(wèn)題，因此受到廣泛關(guān)注。但由于存在第二相（熒光粉）和晶界散射，導(dǎo)致復(fù)合熒光陶瓷只能用于以反射模式工作的照明器件。

基于此，東華大學(xué)材料學(xué)院江莞教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種羥基磷灰石基復(fù)合熒光陶瓷材料，通過(guò)晶粒尺寸調(diào)控和納米波片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，巧妙利用瑞利散射進(jìn)一步提高藍(lán)光轉(zhuǎn)換效率，獲得了發(fā)光效率高達(dá)170 lm/W且色溫低于4500 K的透射式WLED器件。相關(guān)論文以“基于納米波片結(jié)構(gòu)和折射率匹配原則制備白光LED用高效透明羥基磷灰石復(fù)合熒光陶瓷”為題，發(fā)表在本領(lǐng)域高水平期刊《先進(jìn)材料》上，（影響因子：25.809）。材料學(xué)院博士生黃平為第一作者，江莞、王連軍及李建林教授（現(xiàn)就職于海南大學(xué)）為共同通訊作者。該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)及面上項(xiàng)目、上海市教委重大項(xiàng)目等的資助。

研究工作采用水熱合成的棒狀介孔羥基磷灰石（HA）為原料，結(jié)合放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，在850℃下快速燒結(jié)制備得到透明HA陶瓷。在軸向壓力的作用下，陶瓷晶粒垂直于壓力方向產(chǎn)生明顯的取向生長(zhǎng)，即晶粒光軸垂直于入射光方向排布，形成納米波片機(jī)制，有效消除了陶瓷內(nèi)的雙折射，使陶瓷基體的透過(guò)率在可見(jiàn)光區(qū)域接近理論值（達(dá)80%以上）。

圖1.透明陶瓷的制備流程及納米波片結(jié)構(gòu)示意圖

進(jìn)一步制備HA基復(fù)合熒光陶瓷，得益于介孔HA粉體的高燒結(jié)活性以及快速低溫?zé)Y(jié)制度（850℃，<10min），熒光粉均勻分散于陶瓷基體內(nèi)，且無(wú)界面反應(yīng)。從而較好地保留了熒光粉原有的發(fā)光性能，其外量子產(chǎn)率達(dá)原始熒光粉的90%以上。利用HA基復(fù)合熒光陶瓷作為光轉(zhuǎn)換材料，以貼片式封裝技術(shù)，進(jìn)一步組裝得到高性能白光LEDs。與硅膠封裝的LED相比，該LED外量子效率更高，熱穩(wěn)定性、發(fā)光穩(wěn)定性更為優(yōu)異。

圖2.復(fù)合熒光陶瓷的實(shí)物圖、激光共聚焦電鏡圖、SEM圖及TEM圖

圖3.大功率LED的組裝機(jī)理及相關(guān)的發(fā)光性能

研究工作引入納米波片機(jī)制，使陶瓷晶粒光軸有序排列于垂直入射光平面內(nèi)，顯著消除雙折射現(xiàn)象，提高陶瓷基體透過(guò)率。

圖4.納米波片機(jī)制示意圖

此外，傳統(tǒng)LED對(duì)入射藍(lán)光的利用途徑主要包括：直接入射藍(lán)光激發(fā)熒光粉（I0）、經(jīng)基質(zhì)界面全反射藍(lán)光激發(fā)熒光粉（Ir）以及經(jīng)熒光粉反射藍(lán)光激發(fā)熒光粉（Is）。而本工作制備得到的陶瓷晶粒大小約為入射光波長(zhǎng)的1/3，能有效增強(qiáng)瑞利散射（IR），使入射藍(lán)光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)一步激發(fā)熒光粉背部，提高入射藍(lán)光的利用率。

利用微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控消除雙折射并提高入射光利用率的策略為制造多種模式照明器用高性能陶瓷光轉(zhuǎn)換材料開(kāi)辟了新途徑。

圖5.流明光效增強(qiáng)示意圖

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905951