與發(fā)光二極管（LED）相比，激光二極管（LD）具有無(wú)“效率下降”、高功率密度、高亮度、高準(zhǔn)直等優(yōu)點(diǎn)，在汽車強(qiáng)光、探照燈、航海照明、激光投影和顯示等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)超高亮度白光的一種新興方法是熒光粉轉(zhuǎn)換白色激光二極管 (pc-wLD) 技術(shù)，其中顏色轉(zhuǎn)換器由藍(lán)色 LD 通過(guò)遠(yuǎn)程配置（透射或反射）泵浦，以避免材料過(guò)熱。目前，單晶（SC）、磷光體陶瓷（PC）、玻璃磷光體（PiG）和PiG薄膜（PiGF）已被證明可用作激光驅(qū)動(dòng)的顏色轉(zhuǎn)換材料。其中，PiGF通常印刷在高導(dǎo)熱率（TC）的導(dǎo)熱基板上，由于具有易于制備和可調(diào)節(jié)光學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，更適合pc-wLD。受益于高透光率和優(yōu)異的機(jī)械性能，TC=30 W m?1K?1 的藍(lán)寶石襯底得到廣泛應(yīng)用，相應(yīng)地，PiGF@藍(lán)寶石材料也成為研究的主流。然而，由于固有的熱累積效應(yīng)，PiGF@藍(lán)寶石轉(zhuǎn)換器仍然無(wú)法承受高激光功率密度（LPD）（≤25 W mm?2），相應(yīng)的光通量（LF）增強(qiáng)受到限制。本質(zhì)上，人們認(rèn)為藍(lán)寶石基板有限的TC阻礙了高性能PiGF顏色轉(zhuǎn)換器的進(jìn)一步發(fā)展。這對(duì)PiGF的散熱性能提出了嚴(yán)格的要求。

       作為導(dǎo)熱系數(shù)最高（超過(guò)2100 W m-1K-1）的材料之一，金剛石基板具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，近年來(lái)被用來(lái)解決大功率器件應(yīng)用中的散熱問(wèn)題。例如帶有嵌入式微流體通道的單晶金剛石冷卻性能得到增強(qiáng)，金剛石/銅復(fù)合材料可以改善超高密度電子封裝的散熱。然而，基于金剛石的 PiGF 顏色轉(zhuǎn)換材料及其在激光驅(qū)動(dòng)照明和顯示中的應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。

       華中科技大學(xué)彭洋教授和福建師范大學(xué)陳大欽教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單的低溫共燒結(jié)策略設(shè)計(jì)和制造了透明金剛石上玻璃熒光粉薄膜的新型復(fù)合材料（PiGF@diamond）。他們所制備的PiGF@diamond 良好保留的原始熒光粉的光學(xué)性能，顯示出約 599 W m-1K-1的創(chuàng)紀(jì)錄熱導(dǎo)率。此PiGF@diamond 復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，包括高導(dǎo)熱率、高 LF 和出色的光致變色穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果“A Novel PiGF@Diamond Color Converter with a Record Thermal Conductivity for Laser-Driven Projection Display”發(fā)表在《Advanced Materials》上。 

       在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)采用絲網(wǎng)印刷和低溫共燒結(jié)技術(shù)制備了La3Si6N11:Ce3+ (LSN:Ce)基PiGF@diamond顏色轉(zhuǎn)換器。由于玻璃基體傳熱通道的引入以及通過(guò)金剛石基板進(jìn)一步有效的散熱，LSN:Ce PiGF@diamond比原始熒光粉具有更好的熱穩(wěn)定性，所制備的PiGF@diamond的TC達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的599.3 Wm?1K?1，約為比目前廣泛使用的 PiGF@sapphire (≈10 W m?1K?1 ) 高 60 倍。因此，由于有效抑制了激光引起的熱量積累，該顏色轉(zhuǎn)換器可以承受高達(dá)40.24 W mm-2 的激光功率密度和5602 lm的最大光通量，而不會(huì)產(chǎn)生發(fā)光飽和。并進(jìn)一步補(bǔ)充CaAlSiN3:Eu2+ (CASN:Eu)的紅色光譜成分，成功構(gòu)建了PiGF@diamond基白光激光二極管，可產(chǎn)生高顯色指數(shù)89.3的暖白光，并進(jìn)一步用作光源來(lái)構(gòu)建高顯色性激光驅(qū)動(dòng)投影顯示。這項(xiàng)研究提供了一種新穎的材料架構(gòu)，以促進(jìn)高亮度激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用。

Fig.1  PiGF@diamond性能圖。

Fig.2  玻璃、LSN:Ce 磷光體和 PiGF@diamond 的 X 射線衍射 (XRD) 圖。

Fig.3  LSN: Ce PiGF@diamond在藍(lán)色激光激發(fā)下的發(fā)光增強(qiáng)機(jī)制。

Fig.4  復(fù)合材料 PiGF@diamond 的高質(zhì)量白色激光照明。

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         https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202406147IF: 27.4 Q1 B1

       參考文獻(xiàn)：Advanced Materials