Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Khoa Vật liệu chức năng quang điện tử và Laser tiên tiến và Khoa Công nghệ và Hệ thống Laser trên không, Viện Quang học và Máy chính xác Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã đạt được tiến bộ trong nghiên cứu gốm phốt pho hiệu suất cao áp dụng trong chiếu sáng LED/LD ánh sáng trắng và các kết quả liên quan được tóm tắt trong tiêu đề “Nghiên cứu MgO-YMASG màu đỏ cam bền nhiệt: Gốm phốt pho tổng hợp Ce dùng cho chiếu sáng LED/LD ánh sáng trắng” và “Chế tạo Al2O3 Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 gốm tổng hợp photpho cho đèn LED trắng/LD có độ hoàn màu cao" và 'Chế tạo Al2O3-Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn )Phốt pho gốm tổng hợp 5O12 để chiếu sáng đèn LED/LD trắng có độ hoàn màu cao' đã được công bố lần lượt trên Tạp chí Hợp kim và Hợp chất và Vật liệu Quang học.
Trong những năm gần đây, điốt phát sáng trắng (WLED) và điốt laser trắng (WLD) chuyển đổi bằng huỳnh quang dựa trên YAG: Ce photpho đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chiếu sáng và hiển thị do tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường, kích thước nhỏ. , và tuổi thọ dài. Trong số đó, gốm huỳnh quang Ce:YAG được coi là vật liệu chuyển đổi huỳnh quang quan trọng trong các thiết bị WLED/WLD do hiệu suất phát sáng cao, độ ổn định hóa học tốt và quy trình chuẩn bị tương đối đơn giản. Tuy nhiên, khi công suất hoạt động của đèn LED xanh và LD tăng lên, gốm phốt pho YAG: Ce sẽ gặp hiện tượng nổ nhiệt và do đó làm giảm hiệu suất phát quang của chúng. Trong khi đó, việc thiếu thành phần màu đỏ trong phổ phát xạ của YAG: Ce dẫn đến chỉ số hoàn màu (CRI) thấp. Do đó, làm thế nào để giảm thiểu hiện tượng nổ nhiệt và cải thiện hiệu suất phát quang của gốm huỳnh quang dưới sự kích thích công suất cao đã trở thành hai thách thức lớn.
Hình 1. Xu hướng phụ thuộc nhiệt độ của độ khuếch tán nhiệt (a), nhiệt dung riêng (b) và độ dẫn nhiệt (c) của MgO- YMASG: Gốm photpho pha tổng hợp Ce
Hình 2. Phổ phát xạ LED trắng (a), hiệu suất phát quang và nhiệt độ màu (b) của MgO- YMASG: Gốm photpho Ce và phổ phát xạ LD trắng (c) 30 ở mẫu % MgO
Trong [Tạp chí Hợp kim và Hợp chất 990, 174436 (2024)] công trình này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công gốm huỳnh quang pha hỗn hợp MgO-Y3Mg2AlSi2O12: Ce bằng phương pháp thiêu kết pha rắn chân không. Người ta đã chứng minh rằng MgO có thể cùng tồn tại với pha YMASG, và việc đưa MgO làm pha thứ hai làm giảm hiệu quả sự hình thành tạp chất Y4MgSi3O13. Với sự gia tăng hàm lượng MgO, độ dẫn nhiệt của các mẫu tăng từ 5,13 W/ (m∙K) lên 8,96 W/ (m∙K), giúp giảm thiểu hiệu quả sự tích tụ nhiệt của vật liệu huỳnh quang dưới đèn LED xanh công suất cao/ kích thích LD. Hiệu suất phát quang của các mẫu tương đương với hiệu suất phát quang của gốm photpho YMASG: Ce ở hàm lượng MgO là 30% khối lượng. Điều này chỉ ra rằng MgO cải thiện đáng kể hiệu suất khai thác ánh sáng của gốm phốt pho tổng hợp. Nghiên cứu cho thấy rằng gốm phốt pho tổng hợp MgO-YMASG: Ce có triển vọng trở thành vật liệu phốt pho đỏ cho các ứng dụng chiếu sáng LED/LD trắng công suất cao.
Trong công trình này [Vật liệu quang học 151, 115397 (2024)], nhóm nghiên cứu đã điều chế gốm huỳnh quang pha hỗn hợp Al2O3-Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 bằng phương pháp thiêu kết pha rắn chân không và giới thiệu Tb3+ để ngăn chặn sự tăng nhiệt độ màu của gốm sứ trong khi pha tạp Mn2+ để nâng cao chỉ số hoàn màu của nó. Tb3+ được đưa vào để ức chế sự tăng nhiệt độ màu và pha thứ hai của Al2O3 được đưa vào để làm giảm hiện tượng nổ nhiệt một cách hiệu quả. Dưới sự kích thích bằng laser và đèn LED, gốm sứ có 3 at% Ce3+ và 4 at% Mn2+ cho thấy giá trị CRI cao nhất. Trong số đó, CRI đạt 75,6 khi kích thích bằng laser và 81,3 khi kích thích bằng đèn LED. Công trình này chứng minh rằng thông qua tối ưu hóa thành phần, đồng pha tạp Ce-Mn-Tb có thể tăng cường đáng kể chỉ số hoàn màu của gốm huỳnh quang pha hỗn hợp và giảm thiểu hiện tượng nhiệt độ màu tăng lên và những phát hiện này có ý nghĩa rất lớn trong việc cải tiến các thiết bị chiếu sáng WLED/WLD.
Hình 3. Hiệu suất WLED (a) và WLD (b)(c) của gốm huỳnh quang pha hỗn hợp Al2O3-Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 dựa trên 3 at% Ce{ nồng độ {8}}
