吴明娒教授、周磊副教授团队在pc-LED海洋应用领域发表综述

随着海洋资源开发的不断深入，先进照明与光学通信技术在海洋领域的重要性愈发凸显。荧光粉转换型发光二极管（phosphor-converted light-emitting diodes, pc-LED）凭借其高效、节能、长寿命等显著优势，被视为海洋应用中的理想光源。在海洋环境中，波长处于440~570纳米范围内的蓝绿光具有最强的穿透能力，而其他波长的光在浅层区域便会迅速衰减。特定波长的光对于满足海洋环境中各种特定应用需求至关重要。作为pc-LED器件的核心组成部分，荧光粉材料能够将LED芯片的发光转换为特定的光色，以适应不同的应用需求。然而，海洋环境的高温、高湿度、高盐度等特性，对荧光粉和pc-LED器件的稳定性提出了更高的要求。因此，开发具有优异色纯度和稳定性能的蓝绿色荧光粉，对于推动pc-LED在海洋应用中的发展具有至关重要的意义。

近期，我院吴明娒教授、周磊副教授团队携手瑞士洛桑联邦理工学院Jean-Claude G. Bünzli教授，围绕pc-LED器件在海洋领域的应用展开深入研究，对pc-LED在海洋应用中的现状进行了全面回顾，深入剖析了海洋应用对pc-LED的具体要求，并探讨了适应海洋环境的荧光粉开发策略（如图1所示），旨在为相关领域的研究者提供更具价值的参考与借鉴。

图1 综述主要内容：pc-LED在海洋的应用及适用于海洋的pc-LED荧光粉开放策略

(1) pc-LED在水下光通讯的应用：如图2b所示，水对光的吸收和散射作用使得蓝绿色光（440-570纳米）成为水下通信的理想波长。水下无线光通信利用LED的可调节带宽和长传输距离，展现出巨大潜力。然而，LED的量子限制斯塔克效应和荧光粉材料的特性限制了调制带宽。为此，研究人员通过模拟均衡器、蓝光带通滤波器和新型调制方案（如图2a构建LED阵列）等技术，显著提高了水下通信数据传输速率。

(2) pc-LED在海洋渔业的应用：光的光谱成分、强度和光周期对海洋生物的行为产生着深远的影响。研究发现，蓝绿色光对大多数海洋生物具有较强的吸引作用。同时，不同水生物种对光的光谱偏好存在显著差异，特定的光还可以通过影响光合作用和硝化过程，改善水质，进而影响养殖鱼类的生长表现。通过开发能够发射特定光色的pc-LED器件，使其覆盖大多数海洋鱼类的光敏感范围，为优化诱鱼灯和渔场养殖照明灯的设计提供了全新的思路。

图2 (a) pc-LED在海洋水下光通讯的应用以及(b) 不同波段的光在水下穿透深度

(3) 开发适用海洋环境的pc-LED用荧光粉材料：现有的pc-LED用荧光粉大多为陆地应用而设计，在海洋环境中往往面临着低能效和短寿命等问题。此外，市面上常见的商用pc-LED较宽的发射带也阻碍了对特定光对海洋生物影响的精确表征。因此，开发具有特定光颜色和增强稳定性的pc-LED，对于在实际海洋应用中实现有效部署至关重要。围绕荧光粉的开发，该综述重点探讨了以下几个关键问题：一是如何开发高色纯度的窄带荧光粉；二是如何通过晶体结构调控，获得蓝绿光发射的荧光粉；三是如何提高荧光粉的热稳定性和耐湿性（如图3所示，通过表面包覆以及构建核壳结构可以有效提高荧光粉的耐湿性）。

图3 通过构建保护层提高荧光粉耐湿性

该综述内容以“Phosphor-converted light-emitting diodes in the marine environment: Current status and future trends”为题发表于Chemical Science期刊。论文第一作者为我院博士生花茂峰，通讯作者为我院周磊副教授和吴明娒教授，以及瑞士洛桑联邦理工学院Jean-Claude G. Bünzli教授。该工作得到国家自然科学基金及其联合基金持续的支持。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/sc/d4sc06605g