固体所在高效热稳定上转换发光钛酸盐钙钛矿材料研发方面取得新突破

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件研究部蒋长龙研究员团队在高效、热稳定的上转换发光（UCL）材料研发方面取得重要进展。团队创新性地在钛酸盐钙钛矿基质中提出了一种双阳离子取代策略，成功制备出上转换发光强度和量子产率显著提升的荧光粉，可用于先进照明和防伪应用。相关研究成果发表Journal of Alloys and Compounds（J. Alloy. Compd., 2025, 1048, 185361）上。

在固态照明、全彩显示器和安全防伪等现代光子技术领域，对高效、稳定的发光材料的需求正迅速增长。上转换材料因能将低能量的近红外光转化为高能量的可见光，因此极具应用前景。然而，传统高效的上转换基质材料（如氟化物）存在热稳定性和化学稳定性的问题，而氧化物钙钛矿虽具有优异的稳定性，但低量子效率和热猝灭效应导致其在高温下发光强度减弱，阻碍了实际应用。

基于此，研究人员设计制备了Yb3+/Er3+ 和 Tm3+ 离子对掺杂的双阳离子钛酸盐钙钛矿Li(1-x)NaxLaTi2O6 (Li1-xNaxLaTi2O6:Yb3+/Er3+ (LNxLT) 和 Li1-xNaxLaTi2O6:Yb3+/Tm3+ (LNxLT (T))。通过精确调控晶格 A 位的钠锂比例，实现了可控的结构相变（晶体结构从四方相转到菱面体相），这种结构转变不仅优化了发光稀土离子周围的局部晶体场对称性，有效增强了光子吸收效率，更促进了敏化剂（Yb3+）到激活剂（Er3+或Tm3+）的高效能量转移，同时还有效抑制了非辐射复合，提升了晶体稳定性。与基准材料LiLaTi2O6:Yb3+/Er3+（LLT）相比，优化后的荧光粉组合物Li0.1Na0.9LaTi2O6:Yb3+/Er3+（LN0.9LT）上转换发光强度和量子产率分别提高了32.2倍和71.7倍，同时还具有优异的热稳定性。进一步研究表明，LN0.9LT在 980 nm激光激发下会产生明亮且可调节的绿色和蓝色发射光，并且在较宽的温度范围内能保持优异的发光性能。

图1. 钛酸盐钙钛矿中结构导向的 Na⁺/Li⁺取代策略示意图

相关研究不仅为上转换发光材料的结构设计与性能优化提供了新思路，也为高性能照明显示器和恶劣环境下精密防伪标签提供可靠的材料保障。该项研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划和安徽省重点研发计划的支持。

参考消息来源：中国科学院合肥物质院固体所