憑借良好的透光性、力學性能和熱導率，透明陶瓷材料已經(jīng)成為一類非常重要的“結構-功能一體化”陶瓷材料，但其通常需要通過 1000℃以上的高溫燒結制備而來。

基于無機透明陶瓷基體的熒光轉(zhuǎn)換材料，在大功率 LED（發(fā)光二極管，light-emitting diode）、激光照明、激光顯示及閃爍體等光電子器件領域，有著其他材料無法替代的能力。

但是，透明陶瓷過高的燒結溫度一方面導致許多先進的熒光粉體無法單獨燒透；另一方面，熒光粉體與透明陶瓷基體在高溫下的界面反應也會使得復相陶瓷失透，這極大阻礙了全無機熒光轉(zhuǎn)換材料在大功率和高密度激光器件領域的應用。

(資料圖片)

注意到上述情況之后，東華大學教授立項了一個課題，希望可以解決上述痛點。

通過和華南理工大學教授的合作，他們在 350℃的低溫下燒結制備了具有高可見光透過率的CaF₂透明陶瓷。利用這種低溫燒結技術，能夠很容易實現(xiàn)透明陶瓷基體與 CaAlSiN₃:Eu²⁺等發(fā)光性能優(yōu)異、但是熱穩(wěn)定性不高的熒光粉體進行復合，并能避免由于界面反應導致熒光材料性能的損失。

由于CaF₂陶瓷光學上的各向同性，基于這種透明陶瓷的熒光轉(zhuǎn)換體，表現(xiàn)出高達 92 的顯色指數(shù)和120lmW^-1的光效，并可以發(fā)展為一種普適性的基體材料，從而用于大功率 LED、以及高密度激光照明和激光熒光顯示領域。

研究中，他們通過冷燒結技術來制備氟化物透明陶瓷，該技術可被視為一個普適性的熒光塊體材料制備平臺，它能兼容包括稀土熒光粉和半導體量子點在內(nèi)的大多數(shù)熒光粉體。

而在透明陶瓷材料基體的制備過程，他們也曾遇到一些問題。比如，最開始在選擇冷燒結助劑的時候，他們通過大量的嘗試，最終發(fā)現(xiàn)一定濃度的鹽酸具有更佳的溶解沉淀作用。

此外，在與熒光粉復合做熒光陶瓷的過程中，還遇到了陶瓷塊體易碎性的問題，很長一段時間內(nèi)他們都無法得到完整的塊體材料，自然也就不能進行后續(xù)性能的測試。

后來通過多次探討，在壓力、溫度和溶劑濃度上進行反復調(diào)整，最終耗時將近兩個多月，終于將制備工藝予以完善，借此得到完整的塊體材料。

最終，相關論文以《高透明氟化鈣納米陶瓷的冷燒結作為高功率照明的通用平臺》（）為題發(fā)在Advanced Functional Materials上 [1]，高杰是第一作者，和擔任共同通訊作者。

圖 | 相關論文（來源：Advanced Functional Materials）

表示：“我認為是以下因素促成了本次課題的成功：首先，第一作者博士生高杰非常勤奮，他是我們課題組在冷燒結方向上招的第一個學生，動手能力和文獻閱讀能力都比較強，而且能在一個新方向上持續(xù)鉆研；其次就是團隊的積累，我們組的教授在陶瓷燒結方向上已經(jīng)深耕多年，在熒光陶瓷方向上取得了許多成果，這為本課題奠定了良好的基礎。再次就是強強聯(lián)合，華南理工大學教授是無機發(fā)光材料方面的專家，為本次課題提供了許多幫助。”

圖 | 范宇馳和高杰（來源：）

此外，之所以在日本讀博之后回國發(fā)展，也是受到了教授的影響。他說：“江老師是我研究生期間的導師，也是一位日本歸僑，在國家最需要人才的時候他放棄國外的優(yōu)厚待遇回國發(fā)展，在粉末冶金和陶瓷制備技術方面取得了很多成績。老師的選擇也深深感染和教育了我，我深深感受到一個人把學識與國家需要和國家建設結合起來，才最能體現(xiàn)出自己的價值。”

另據(jù)悉，曾擔任國際元素周期表年（IYPT 2019）銪（Eu）元素代言人。對此他表示：“我很榮幸能夠擔任國際元素周期表年（IYPT 2019）銪（Eu）元素代言人，這是因為我一直從事Eu²⁺摻雜稀土發(fā)光材料的研究，能有這個機會是對我的莫大鼓勵。我認為一方面我們需要在研究中耐得住寂寞，對于Eu²⁺摻雜稀土發(fā)光材料這一個傳統(tǒng)的研究領域，我堅守了許多年，做出了幾種非常有特色的稀土熒光粉，包括同行熟知的Eu²⁺摻雜窄帶綠色熒光粉、Eu²⁺摻雜氧化物基紅色熒光粉和Eu²⁺摻雜近紅外熒光粉等。另一方面，如果有機會宣傳自己的工作，也應該盡力去爭取，我當時給中國化學會提交了銪（Eu）元素代言人的申請表，中國化學會的工作人員應該是考察了我的研究背景，最終給了我這個機會，特別感謝中國化學會。

參考資料：

, J., Xia, Z., Ding, Q., Liu, Y., Yan, P., Hu, Y., ... & Jiang, W. (2023). Cold Sintering of Highly Transparent Calcium Fluoride Nanoceramic as a Universal Platform for High‐Power Lighting.Advanced Functional Materials, 2302088.

排版：朵克斯

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