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憑借良好的透光性、力學性能和熱導率，透明陶瓷材料已經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。

(資料圖)

基于無機透明陶瓷基體的熒光轉換材料，在大功率 LED（發光二極管，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換材料在大功率和高密度激光器件領域的應用。

注意到上述情況之后，東華大學范宇馳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夏志國教授的合作，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，能夠很容易實現透明陶瓷基體與 CaAlSiN3:Eu2+ 等發光性能優異、但是熱穩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換體，表現出高達 92 的顯色指數和 120lmW-1 的光效，并可以發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的大多數熒光粉體。

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，最終發現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，很長一段時間內他們都無法得到完整的塊體材料，自然也就不能進行后續性能的測試。

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》（Cold Sintering of Highly Transparent Calcium Fluoride Nanoceramic as a Universal Platform for High-Power Lighting）為題發在 Advanced Functional Materials 上 [1]，高杰是第一作者，夏志國和范宇馳擔任共同通訊作者。

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

范宇馳表示：“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鉆研；其次就是團隊的積累，我們組的江莞教授在陶瓷燒結方向上已經深耕多年，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。再次就是強強聯合，華南理工大學夏志國教授是無機發光材料方面的專家，為本次課題提供了許多幫助。”

圖 | 范宇馳和高杰（來源：范宇馳）

此外，范宇馳之所以在日本讀博之后回國發展，也是受到了江莞教授的影響。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厚待遇回國發展，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，才最能體現出自己的價值。”

另據悉，夏志國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+ 摻雜稀土發光材料這一個傳統的研究領域，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：

1.Gao, 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.