干貨詳解丨光電顯示和光纖領(lǐng)域中的“重”要元素

氘是一種穩(wěn)定的氫同位素拦吓，它的原子核中除了一個(gè)質(zhì)子外，還有一個(gè)中子渤惦。氘在自然界中的豐度很低子敷，約占所有氫原子的0.015%。由于氘具有比普通氫更大的原子質(zhì)量舵邦，它與其他元素形成的化學(xué)鍵也更加穩(wěn)定任团。這一特性使得氘在核磁共振、生物醫(yī)藥村参、光電顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用穷抹。

在光電顯示領(lǐng)域，氘主要用于制造OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）材料梳附。OLED是一種利用有機(jī)材料發(fā)光的顯示技術(shù)获印，它具有自發(fā)光、可彎曲街州、超薄兼丰、高對(duì)比度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)唆缴，被認(rèn)為是未來(lái)顯示技術(shù)的發(fā)展方向鳍征。OLED的發(fā)光原理是通過(guò)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電子和空穴在有機(jī)層中注入和復(fù)合，產(chǎn)生激子琐谤，然后通過(guò)激子的輻射躍遷發(fā)出光子。根據(jù)激子的自旋狀態(tài)玩敏，OLED可以分為熒光型和磷光型斗忌。熒光型OLED是由單重態(tài)激子發(fā)出熒光，而磷光型OLED是由三重態(tài)激子發(fā)出磷光旺聚。由于三重態(tài)激子的形成概率比單重態(tài)激子高得多织阳，磷光型OLED的量子效率理論上可以達(dá)到100%眶蕉，遠(yuǎn)高于熒光型OLED。

然而唧躲，磷光型OLED也面臨著一些挑戰(zhàn)造挽，其中最大的問(wèn)題是藍(lán)光材料的效率和穩(wěn)定性較低。藍(lán)光材料是影響OLED顯示效果和使用壽命的關(guān)鍵因素乱孩，但由于其較高的能級(jí)和較快的衰減速度憨净，導(dǎo)致其非輻射躍遷速率較大，從而降低了其量子效率和器件壽命菲组。為了解決這一問(wèn)題啰昧，科學(xué)家們提出了一種有效的方法，就是在藍(lán)光材料中引入氘原子庭匆。引入氘原子后肮顾，由于“重原子效應(yīng)”，可以增強(qiáng)分子中電子的自旋軌道耦合作用渗骆，從而增加系間竄越（ISC）的能力针蜀，促進(jìn)單重態(tài)激子向三重態(tài)激子的轉(zhuǎn)化，提高磷光效率硝逐。同時(shí)捷仓，由于碳-氘鍵比碳-氫鍵更短更強(qiáng)，可以降低分子中能量的耗散和振動(dòng)弛豫农浓，從而提高器件穩(wěn)定性和壽命新蟆。實(shí)驗(yàn)表明，在藍(lán)光材料中引入氘原子后右蕊，在不損失效率的情況下可以將器件壽命提高5倍以上琼稻。

除了藍(lán)光材料外，氘還可以用于制造其他顏色的OLED材料饶囚，以及其他類(lèi)型的顯示材料帕翻，如量子點(diǎn)、液晶等萝风。因此嘀掸，氘在顯示領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。

從類(lèi)型上來(lái)看规惰，5N純度氘氣銷(xiāo)量最高睬塌，擁有大約99%的市場(chǎng)份額。從下游市場(chǎng)來(lái)看歇万，使用氘最多的是光纖行業(yè)揩晴，市場(chǎng)份額大約為35%。

氘氣在光纖領(lǐng)域中的應(yīng)用

光纖是一種利用光信號(hào)進(jìn)行信息傳輸?shù)母呒夹g(shù)產(chǎn)品，具有高速擂奇、低損耗嘶逝、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信拱削、醫(yī)學(xué)拄抄、航空航天等領(lǐng)域。然而扎输，光纖中的光信號(hào)也會(huì)受到多種因素的影響徽探，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降和傳輸距離縮短。為了提高光纖的性能和穩(wěn)定性乘害，需要在光纖中引入一些特殊的物質(zhì)杂飘，如氘氣。

氘氣是一種穩(wěn)定的汹即、安全的氣體触咧，成分為氘和氫。由于其穩(wěn)定性和低水溶性唤邻，氘氣在科學(xué)研究坡牛、工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。氘氣在光纖領(lǐng)域中的兩個(gè)主要應(yīng)用：制造低水峰光纖和作為拉曼放大器的增益介質(zhì)泵三。

制造低水峰光纖

低水峰光纖是一種在波長(zhǎng)為1380 nm附近具有較低損耗的光纖耕捞，相比于普通光纖，可以提高信號(hào)的傳輸效率和容量烫幕。低水峰光纖的制造方法是在普通光纖的制造過(guò)程中俺抽，在玻璃芯棒或預(yù)制棒中注入氘氣。

注入氘氣的原理是利用氘與玻璃中的自由基Si-O反應(yīng)较曼，形成Si-OD鍵磷斧，從而阻止水分子取代Si-OD鍵的位置。這樣可以減少玻璃中的OH含量捷犹，降低玻璃對(duì)波長(zhǎng)為1380 nm附近的光信號(hào)的吸收弛饭，從而降低損耗。

注入氘氣的方法有多種萍歉，如化學(xué)氣相沉積法（CVD）侣颂、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）、溶膠凝膠法（SG）等枪孩。不同的方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)憔晒，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法。

作為拉曼放大器的增益介

拉曼放大器是一種利用非線性拉曼散射效應(yīng)增強(qiáng)光信號(hào)的器件硝迁，在長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)中起到重要作用高降。拉曼散射是指入射光子與介質(zhì)分子或晶格中的振動(dòng)相互作用，產(chǎn)生新的頻移后的散射光子。這種過(guò)程可以將入射光子頻率轉(zhuǎn)移至長(zhǎng)波長(zhǎng)端或短波長(zhǎng)端眨额，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)波或泵浦波的放大。

為了實(shí)現(xiàn)高效的拉曼放大器学掉，需要選擇合適的增益介質(zhì)笋再。增益介質(zhì)主要影響拉曼放大器的增益系數(shù)、增益帶寬姐阎、可控性和穩(wěn)定性等性能指標(biāo)缤贯。目前常用的增益介質(zhì)有硅基材料、碲基材料浦匾、碳基材料和氣體材料等瑰柄。

2021年全球氘氣市場(chǎng)規(guī)模大約為11億元（人民幣），預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到17億元涝填，2022-2028年期間的年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.26%蚣碰。從類(lèi)型上來(lái)看，5N純度氘氣銷(xiāo)量最高誓沸，擁有大約99%的市場(chǎng)份額梅桩。

從下游市場(chǎng)來(lái)看，使用氘最多的是光纖行業(yè)拜隧，市場(chǎng)份額大約為35%宿百。其次是半導(dǎo)體行業(yè)，市場(chǎng)份額大約為25%洪添。其他應(yīng)用包括面板行業(yè)垦页、工業(yè)應(yīng)用、核工業(yè)等干奢。

從地區(qū)上來(lái)看痊焊，北美是最大的生產(chǎn)地區(qū)，擁有超過(guò)80%的市場(chǎng)份額律胀。主要的氘生產(chǎn)商包括Linde Gas宋光、Cambridge Isotope Laboratories等。亞太地區(qū)是最大的消費(fèi)地區(qū)炭菌，擁有超過(guò)60%的市場(chǎng)份額罪佳。主要的消費(fèi)國(guó)家包括中國(guó)、日本位满、韓國(guó)等锉择。

氘氣市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素包括氘在光電顯示、生物醫(yī)藥些脐、核磁共振等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用沟脓，以及對(duì)高純度和高穩(wěn)定性同位素資源的不斷需求。同時(shí)，氘氣市場(chǎng)也面臨著一些挑戰(zhàn)稠臣，如氘氣的稀缺性和高昂的成本康蚯，以及對(duì)環(huán)境和安全的影響。氘氣是一種稀有和高價(jià)值的同位素資源爵倚，具有重要的戰(zhàn)略意義侦纳。隨著顯示技術(shù)、醫(yī)藥技術(shù)和核能技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展也您，對(duì)氘氣的需求將持續(xù)增長(zhǎng)勤焕。