氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

清风月

氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

      2022广州光亚展于2022年6月9日至6月12日在中国进出口商品交易会展馆举行，邀您关注广州国际照明展览会今日资讯：
       固态照明（发光二极管（LED）、激光二极管（LD））具有高效和使用寿命长等优点，有望取代传统照明。输出功率随输入功率线性增加的LD不仅效率可与LED相媲美，还兼具照射距离远、结构紧凑等优点，有可能成为下一代照明光源。但是如何将高度汇聚的单色LD光源转化为照明所需的三维立体均匀白光，仍然是一项紧迫而严峻的挑战。
       苏州纳米所张学同研究员团队通过精准调控氧化硅气凝胶构筑单元的尺寸，控制光与不同尺寸构筑单元的选择性相互作用，连同沿入射光方向故意制造的深孔，使得氧化硅气凝胶散射激光的照度均匀度（0．770–0．862）高于国际标准化组织对室内工作场所照明的要求；照度变化系数（CIV）低至 8．1％，远低于商业散射材料；散斑对比度低于人眼识别极限（4％）。基于三基色激光器和商业荧光粉可实现包括白光在内的任意颜色照明。此外，该氧化硅气凝胶可进一步应用于雨中、水下和远距离非接触式激光驱动照明，极大推动了激光照明的技术进步。
       根据瑞利－高斯理论，散射光强与氧化硅气凝胶构筑单元直径的三次方成正比。构筑单元尺寸越小，散射光强越低，透过率越高，激光照射样品后会形成明亮光斑；构筑单元尺寸过大会造成散射光强过高，入射激光几乎被全部反射；只有构筑单元尺寸在一定范围内的气凝胶才能散射激光从而用于照明（如图1所示）。
       作者通过调控氧化硅气凝胶制备过程中表面活性剂的浓度，从而精确控制了氧化硅气凝胶构筑单元的尺寸，如图2所示。构筑单元尺寸不同，整体样品的透明性会显著不同。此外，获得的氧化硅气凝胶表现出典型的比表面积和孔径分布特征，也具有优异的热稳定性。以甲基三甲氧基硅烷为前驱体，不仅降低了获得的氧化硅气凝胶的交联密度，而且提高了力学性能，可压缩至自身尺寸的80％，压缩强度大于1 MPa。由于氧化硅气凝胶骨架中含有丰富的甲基，赋予了获得的气凝胶的超疏水性，被污水浸泡后依然能够“出淤泥而不染”。