【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所的科研團隊在高效、熱穩定的上轉換發光材料研發領域取得重要進展。該團隊創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。這種材料的上轉換發光強度和量子產率得到極大提升，同時具備優異的熱穩定性，為先進照明、顯示及防偽技術提供了新的材料選擇。相關研究成果已發表在《Journal of Alloys and Compounds》期刊上。
在現代光子技術領域，如固態照明、全彩顯示和安全防偽等，對高效、穩定發光材料的需求日益迫切。上轉換發光材料能夠將低能量的近紅外光轉換為高能量的可見光，展現出巨大的應用潛力。然而，該領域長期面臨一個關鍵挑戰：傳統高效的氟化物基質材料熱穩定性和化學穩定性不足；而穩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(即溫度升高時發光強度大幅減弱)，制約了其在高溫或惡劣環境下的實際應用。
為解決這一矛盾，蔣長龍研究員團隊及其合作者設計并制備了摻有Yb³?/Er³?和Yb³?/Tm³?離子對的雙陽離子鈦酸鹽鈣鈦礦材料(化學式為Li???Na?LaTi?O?)。這項研究的核心創新在于，通過精確調控晶格中A位的鈉離子和鋰離子比例，研究人員成功地引導材料發生了可控的晶體結構相變(從四方相轉變為菱面體相)。
這一結構轉變帶來了多重益處：
優化了局部晶體場：改變了發光稀土離子周圍的微觀環境，增強了其對光子的吸收效率。
促進了能量轉移：使作為“敏化劑”的Yb³?能更高效地將能量傳遞給作為“發光中心”的Er³?或Tm³?。
抑制了能量損耗：有效減少了非輻射復合過程，提升了材料的整體晶體穩定性。
得益于該策略，優化后的材料成分 Li?.?Na?.?LaTi?O?:Yb³?/Er³? 表現極為突出。與基準材料相比，其上轉換發光強度增強了32.2倍，量子產率更是提高了驚人的71.7倍。在980納米激光激發下，該材料能發出明亮且顏色可調(綠色和藍色)的光。更為重要的是，它在一個很寬的溫度范圍內都保持了優異的發光性能，熱穩定性問題得到了顯著改善。
這項研究不僅為設計和優化高性能上轉換發光材料開辟了一條新的思路，也為開發適用于高溫環境或需要長期可靠性的照明顯示器、精密防偽標簽等產品提供了堅實的材料基礎。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基金等多個項目的支持。
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