基于CsPbClxBr3-x与CdSe/CdZnS纳米晶的双组分白色荧光粉及其人眼适应性照明应用

本文针对传统白光LED在昼夜节律适配性方面的不足，提出了一种基于CsPbClxBr3-x钙钛矿纳米晶与CdSe/CdZnS核壳量子点的双组分白色荧光粉。研究人员通过调控组分浓度比与发光峰位，实现了色温在3732-11117K范围内的可调谐白光发射，其光谱特性更适配夜间视觉（暗视觉）需求，为开发健康友好型人工照明提供了新材料解决方案。

　　

现代社会中，发光二极管（LED）已渗透至办公、家居、街头照明及电子设备背光等各个角落。商用白光LED通常采用蓝光GaN芯片激发钇铝石榴石（YAG）黄色荧光粉的组合方案，旨在模拟太阳光的可见光谱。然而，近年研究发现照明条件对人类心理状态和昼夜节律具有显著影响：日间视觉（明视觉）适应高强度照明并具备良好色彩辨识力，而夜间视觉（暗视觉）的敏感峰位会从550纳米蓝移至500纳米，且色彩感知能力减弱。传统白光LED在夜间使用时，其光谱特性可能抑制褪黑素（睡眠激素）分泌，对人体健康产生负面影响，这促使开发适配人体昼夜节律的新型荧光材料成为紧迫课题。

针对这一需求，白俄罗斯国家科学院物理研究所的Patsinko等人于《Next Materials》发表研究，提出了一种基于CsPbCl_xBr_3-x钙钛矿纳米晶与CdSe/CdZnS核壳量子点的双组分白色荧光粉。该荧光粉仅通过调控两种纳米晶的浓度比例，即可实现色温从暖白（3732K）到冷白（11117K）的精准调节，其发射光谱特别覆盖了人体暗视觉的敏感波段，为健康照明提供了新思路。

研究团队主要采用热注入法合成钙钛矿纳米晶，通过调节PbBr₂与PbCl₂的前驱体比例（0.75:0.25、0.8:0.2、0.9:0.1），获得发光峰位于486-497纳米的蓝绿光发射体；同时选用发光峰为621纳米的CdSe/CdZnS核壳量子作为红光组分。通过光谱仪、荧光寿命测试、透射电镜等技术表征材料光学特性与形貌，并采用CIE 1931色度系统与相关色温（CCT）计算软件评估白光性能。

3.1 溶液态白色荧光粉的开发与研究

通过混合不同比例的钙钛矿纳米晶（CsPbCl_xBr_3-x）与CdSe/CdZnS量子点，成功制备了三组白光体系（Mix 0.75、Mix 0.8、Mix 0.9）。透射电镜显示纳米晶可形成钙钛矿立方体被3-5个量子点包围的耦合结构。荧光寿命测试表明量子点在混合体系中的寿命从20.3纳秒延长至39.1纳秒，证实了钙钛矿向量子点的高效荧光共振能量转移（FRET）。色度分析表明，通过调节[CdSe/CdZnS]/[CsPbCl_xBr_3-x]浓度比（2.5-6.5），白光色坐标可沿色度图连接线移动，实现色温的连续调控。当钙钛矿发光峰从486纳米红移至497纳米时，最佳白光色温从7899K降至5910K，说明可通过组分设计与浓度配比双重手段定制光谱特性。

光谱特性与生理适配性分析

研究显示双组分荧光粉的发射光谱与人体暗视觉敏感曲线高度匹配，其光谱在470-500纳米波段的强发射恰好填补了传统白光LED的光谱缺口。尽管由于窄带发射特性导致显色指数（CRI）为负值，但该指标对夜间照明意义有限，因暗视觉主要依赖亮度感知而非色彩分辨。这种光谱设计既可单独用于夜间照明，也可作为补光材料填充现有LED的光谱缺口，提升日光模拟的真实性与生物安全性。

该研究成功开发出色温可调的双组分白色荧光粉，通过钙钛矿纳米晶与量子点的协同发光，实现了对人工照明光谱的精准调控。其创新性在于利用纳米材料的光学可调性，将照明需求与人体生理节律相结合，不仅解决了传统荧光粉在昼夜适配性方面的不足，更为新一代健康照明材料的开发提供了新范式。这种材料设计策略有望推动照明技术向“人本照明”方向演进，在医疗健康、智能家居等领域具有广阔应用前景。