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cyqdesign

2021-11-04 16:01

苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

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。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张学同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，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。

研究人员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。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”。

氧化硅气凝胶吸光率低于1%，激光损伤阈值高达10.29J·cm^-2，可承受高功率密度激光辐射。作者利用理想模型，计算出气凝胶的直线透光率只有在合适的范围内才有可能使激光不产生明亮光斑或全部被散射。利用分光光度计和积分球测试气凝胶的直线透过率和背向散射率，并计算出前向散射率，最终确定构筑单元直径位于24–40nm范围内的氧化硅气凝胶可用于高效激光照明。

研究人员验证了具有不同构筑单元尺寸的氧化硅气凝胶用于激光照明的实际使用效果，并定量测量了其照度分布。当气凝胶的构筑单元尺寸过大时（d＞40nm），激光被气凝胶全部反射（CIV=269.5%）；当气凝胶的构筑单元尺寸过小时（d＜24nm），激光透过气凝胶形成明亮的光斑（CIV=168.6%）；只有当气凝胶的构筑单元尺寸合适时（24nm＜d＜40nm）才能均匀散射激光而不产生光斑（CIV=79.2%,）。为了进一步提高散射均匀性，降低CIV，作者在气凝胶表面沿入射光方向造孔，成功攻克背散射强度大于前散射强度这一技术瓶颈，得到的CIV仅为9.1%，分别达到商业毛玻璃和聚合物散射板的1/27和1/15，并且散斑对比度低于4%。

精细调控的氧化硅气凝胶可用于不同波长的激光散射。作者基于三基色激光器和商业荧光粉实现了包括白光在内的任意颜色照明，并且照度均匀度高于国际标准化组织对室内工作场所照明的要求。由于气凝胶的超疏水性和激光的准直性，其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，也可利用光纤实现激光跨越障碍物照明。

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激光与具有不同构筑单元尺寸的氧化硅气凝胶之间的相互作用

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二氧化硅气凝胶的结构和性能

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氧化硅气凝胶作为漫散射体的激光驱动照明的具体应用

相关工作发表在《先进材料》上。该研究工作获得国家自然科学基金和英国皇家学会–牛顿高级学者基金等的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107168

bairuizheng

2021-11-05 00:45

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，推动了激光照明的技术进步。

tomryo	2021-11-05 07:01
苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

xjz0203	2021-11-05 08:05
苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

theleave	2021-11-05 08:15
啥时候能商用呢？

thorn12345	2021-11-05 08:28
氧化硅气凝胶在激光照明领域

悠悠白云	2021-11-05 08:30
啥时候能商用呢？

mmttxiaoxiao	2021-11-05 08:34
好东西，加快应用

chenzkfirst	2021-11-05 08:36
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。

songyang1169	2021-11-05 08:37
关工作发表在《先进材料》上。该研究工作获得国家自然科学基金和英国皇家学会–牛顿高级学者基金等的资助。

makeyma	2021-11-05 08:46
苏州纳米所我接触过，有这么厉害？

光电青年	2021-11-05 08:51
研究人员验证了具有不同构筑单元尺寸的氧化硅气凝胶用于激光照明的实际使用效果，并定量测量了其照度分布。激光照明，那要是某一立体角内的光强过于集中会不会导致长期使用对人的眼睛造成伤害呢？

redplum	2021-11-05 08:55
很厉害

likaihit	2021-11-05 08:56
好厉害的

光学白小白	2021-11-05 08:57
精细调控的氧化硅气凝胶可用于不同波长的激光散射。 6{7O

silence唯爱	2021-11-05 08:58
气凝胶的保温也很好，就是期待降成本

杨森	2021-11-05 08:59
好东西，加快应用

zhouxi	2021-11-05 09:01
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

夜唯霜	2021-11-05 09:10
氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

店长	2021-11-05 09:42
雾天的使用效果如何？ V'mpl

不懂想问	2021-11-05 09:49
氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

liu.wade	2021-11-05 09:50
苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

blacksmith	2021-11-05 10:02
好东西，加快应用 .

白小光	2021-11-05 10:15
苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

道到	2021-11-05 10:44
来看看哈

james951	2021-11-05 10:50
啥时候能商用呢？

churuiwei	2021-11-05 11:16
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张学同团队

王珏123	2021-11-05 11:34
气凝胶的直线透光率只有在合适的范围内才有可能使激光不产生明亮光斑或全部被散射

gnight	2021-11-05 14:16
厉害厉害

haogewuhen	2021-11-05 15:09
高级。。。

wangjin001x	2021-11-05 18:01
苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

861701818	2021-11-05 20:02
由于气凝胶的超疏水性和激光的准直性，其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，也可利用光纤实现激光跨越障碍物照明。

861701818	2021-11-05 20:02
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

谭健	2021-11-05 20:52
学习下

bairuizheng	2021-11-06 00:01
看看新闻

tomryo	2021-11-06 07:15
啥时候能商用呢？

makeyma	2021-11-06 07:20
尺寸均一性，尺寸可控性，低吸收是重点

xjz0203	2021-11-06 08:11
氧化硅气凝胶在激光照明领域

有生之年	2021-11-06 09:03
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。

likaihit	2021-11-06 09:17
这个好厉害

redplum	2021-11-06 09:18
这个好厉害的

夜唯霜	2021-11-06 09:28
谢谢分享，学习一下

木子示羊	2021-11-06 10:02
苏州纳米所实现氧化硅气凝胶在激光照明领域的高效率应用

theleave	2021-11-06 10:54
厉害了！！！

tjuopdesign	2021-11-06 11:17
精细调控的氧化硅气凝胶可用于不同波长的激光散

te67f42	2021-11-06 11:43
国产耶！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。

至此未晚	2021-11-06 13:20
感谢站长的分享，这个网站对新人真的很友好了，可以赚一些基础金币来买资料，很棒

王珏123	2021-11-06 13:48
基于三基色激光器和商业荧光粉实现了包括白光在内的任意颜色照明

cyqdesign	2021-11-06 14:00
至此未晚:感谢站长的分享，这个网站对新人真的很友好了，可以赚一些基础金币来买资料，很棒 (2021-11-06 13:20) cjXwOk1:s LcXMOT)s 欢迎多参与交流！

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