上海光机所3D打印激光照明透明陶瓷研究取得进展
近日，中科院上海光机所红外光学材料研究中心在增材制造（3D打印）激光照明透明陶瓷研究方面取得进展。该工作通过数字光处理打印技术（DLP）实现了3D打印用于激光照明的高密度铈活化镥铝石榴石（LuAG:Ce）陶瓷，通过3D打印技术制造具有复杂几何结构的激光照明透明陶瓷，突破了传统陶瓷成型工艺的限制。相关研究成果以3D Printing of LuAG:Ce Transparent Ceramics for Laser-driven Lighting为题，发表在《国际陶瓷》（Ceramics International）上。 $F2 A
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激光照明系统能够在较高的功率密度下实现高输出效率（100-1000 倍于发光二极管），使得激光驱动的照明系统可为未来的固态照明提供优势，如高亮度、紧凑尺寸和定向照明。然而，传统制备工艺只能制造简单几何形状的方法，无法满足具有复杂光学结构的激光驱动固态照明器件的需求。三维打印技术可实现快速无模制造，所有组件均可进行数字化设计，为发光透明陶瓷制造领域带来了重要的可能性。 oG{0 {%*@
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图1.（a）DLP三维打印透明陶瓷坯体示意图；打印的LuAG:Ce陶瓷坯体照片：（b）蜂窝、（c）最小表面、（d）超半球和（e）不同尺寸的超半球。（f）3D打印LTC的烧结过程示意图；（g）激光照明装置；（h） 日光下放置在 "SIOM "字母上的抛光后3D打印 LTC；（i）透光率光谱；（j）封装在LD照明芯片中的烧结超半球3D打印LTC。 4A W-'W
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图2.（a）测试固化厚度和固化宽度的实验示意图；（b）陶瓷粉末的SEM图像和粒度分布（插图）；（c）固含量为50 Vol.%的可打印陶瓷的流变行为；（d）不同浓度甲基橙油墨的固化深度与紫外线辐射剂量的关系；（e）不同浓度甲基橙油墨的固化宽度与紫外线辐射剂量的关系，下面的照片对应的是不同浓度甲基橙油墨的固化情况；（f）三维打印绿色体层结构。 5e1 ;m6
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图3.（a）印刷体在100 °C下干燥、（b）1200 °C下预烧结、（c）1800°C下真空烧结和（d）真空烧结后横截面热处理过程中的微观结构演变。（e）经过抛光和元素图谱绘制后的热蚀刻透明陶瓷表面。 w>S;}[fM
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图4. LuAG:Ce陶瓷的激光照明性能和封装应用。 r`-=<@[
科研人员开发了用于DLP的光固化陶瓷墨水，用于制造具有高印刷分辨率的激光驱动照明铈活化镥铝石榴石（LuAG:Ce）发光透明陶瓷组件。用于DLP印刷的墨水，具有高达50 vol%的固含量和优异的剪切稀化性能。研究在DLP墨水中引入了发光染料，以减少陶瓷粉末对紫外线的散射所产生的过量固化宽度效应。研究利用DLP三维打印方法，制造出具有可定制的厘米级复杂三维几何形状的LuAG:Ce陶瓷坯体。经过烧结工艺后，3D打印陶瓷组件的相对密度达到96.4%，并展现出优秀的透光率（约 40%）。激光激发实验证实，三维打印的LuAG:Ce透明陶瓷具有很高的激光通量阈值（19.22 W mm-2），这与其表面独特的微通道结构有关。实验表明，具有自由几何结构设计和高激光通量阈值的LuAG:Ce LTCs三维打印技术的应用，为大功率激光驱动照明提供了更高效、更可靠的解决方案。 Wz{,N07Q#{
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论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884223028353
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