近期，中國科學院合肥物質(zhì)院固體所能源材料與器件研究部蔣長龍研究員團隊在高效、熱穩(wěn)定的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料研發(fā)方面取得重要進展。團隊創(chuàng)新性地在鈦酸鹽鈣鈦礦基質(zhì)中提出了一種雙陽離子取代策略，成功制備出上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）強度和量子產(chǎn)率顯著提升的熒光粉，可用于先進照明和防偽應用。相關研究成果發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds（J. Alloy. Compd., 2025, 1048, 185361）上。
在固態(tài)照明、全彩顯示器和安全防偽等現(xiàn)代光子技術領域，對高效、穩(wěn)定的發(fā)光材料的需求正迅速增長。上轉(zhuǎn)換材料因能將低能量的近紅外光轉(zhuǎn)化為高能量的可見光，因此極具應用前景。然而，傳統(tǒng)高效的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料（如氟化物）存在熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性的問題，而氧化物鈣鈦礦雖具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，但低量子效率和熱猝滅效應導致其在高溫下發(fā)光強度減弱，阻礙了實際應用。
基于此，研究人員設計制備了Yb3+/Er3+和 Tm3+離子對摻雜的雙陽離子鈦酸鹽鈣鈦礦Li(1-x)NaxLaTi2O6(Li1-xNaxLaTi2O6:Yb3+/Er3+ (LNxLT) 和 Li1-xNaxLaTi2O6:Yb3+/Tm3+ (LNxLT (T))。通過精確調(diào)控晶格 A 位的鈉鋰比例，實現(xiàn)了可控的結構相變（晶體結構從四方相轉(zhuǎn)到菱面體相），這種結構轉(zhuǎn)變不僅優(yōu)化了發(fā)光稀土離子周圍的局部晶體場對稱性，有效增強了光子吸收效率，更促進了敏化劑（Yb3+）到激活劑（Er3+或Tm3+）的高效能量轉(zhuǎn)移，同時還有效抑制了非輻射復合，提升了晶體穩(wěn)定性。與基準材料LiLaTi2O6:Yb3+/Er3（LLT）相比，優(yōu)化后的熒光粉組合物Li0.1Na0.9LaTi2O6:Yb3+/Er3+（LN0.9LT）上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度和量子產(chǎn)率分別提高了32.2倍和71.7倍，同時還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。進一步研究表明，LN0.9LT在 980 nm激光激發(fā)下會產(chǎn)生明亮且可調(diào)節(jié)的綠色和藍色發(fā)射光，并且在較寬的溫度范圍內(nèi)能保持優(yōu)異的發(fā)光性能。
相關研究不僅為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的結構設計與性能優(yōu)化提供了新思路，也為高性能照明顯示器和惡劣環(huán)境下精密防偽標簽提供可靠的材料保障。
博士研究生Abdulkareem Qasem為論文第一作者，博士后楊帆和蔣長龍研究員為通訊作者。該項研究工作得到了國家自然科學基金項目、國家重點研發(fā)計劃和安徽省重點研發(fā)計劃的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.185361
圖1.?鈦酸鹽鈣鈦礦中結構導向的 Na?/Li?取代策略示意圖
