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干貨詳解丨光電顯示和光纖領域中的“重”要元素
氘是一種穩定的氫同位素，它的原子核中除了一個質子外，還有一個中子。氘在自然界中的豐度很低，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量，它與其他元素形成的化學鍵也更加穩定。這一特性使得氘在核磁共振、生物醫藥、光電顯示等領域有著廣泛的應用。
在光電顯示領域，氘主要用于制造OLED（有機發光二極管）材料。OLED是一種利用有機材料發光的顯示技術，它具有自發光、可彎曲、超薄、高對比度、低功耗等優點，被認為是未來顯示技術的發展方向。OLED的發光原理是通過電場驅動電子和空穴在有機層中注入和復合，產生激子，然后通過激子的輻射躍遷發出光子。根據激子的自旋狀態，OLED可以分為熒光型和磷光型。熒光型OLED是由單重態激子發出熒光，而磷光型OLED是由三重態激子發出磷光。由于三重態激子的形成概率比單重態激子高得多，磷光型OLED的量子效率理論上可以達到100%，遠高于熒光型OLED。
然而，磷光型OLED也面臨著一些挑戰，其中最大的問題是藍光材料的效率和穩定性較低。藍光材料是影響OLED顯示效果和使用壽命的關鍵因素，但由于其較高的能級和較快的衰減速度，導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。為了解決這一問題，科學家們提出了一種有效的方法，就是在藍光材料中引入氘原子。引入氘原子后，由于“重原子效應”，可以增強分子中電子的自旋軌道耦合作用，從而增加系間竄越（ISC）的能力，促進單重態激子向三重態激子的轉化，提高磷光效率。同時，由于碳-氘鍵比碳-氫鍵更短更強，可以降低分子中能量的耗散和振動弛豫，從而提高器件穩定性和壽命。實驗表明，在藍光材料中引入氘原子后，在不損失效率的情況下可以將器件壽命提高5倍以上。
除了藍光材料外，氘還可以用于制造其他顏色的OLED材料，以及其他類型的顯示材料，如量子點、液晶等。因此，氘在顯示領域中有著巨大的應用前景和市場潛力。
從類型上來看，5N純度氘氣銷量最高，擁有大約99%的市場份額。從下游市場來看，使用氘最多的是光纖行業，市場份額大約為35%。
氘氣在光纖領域中的應用
光纖是一種利用光信號進行信息傳輸的高技術產品，具有高速、低損耗、抗干擾等優點，被廣泛應用于通信、醫學、航空航天等領域。然而，光纖中的光信號也會受到多種因素的影響，導致信號質量下降和傳輸距離縮短。為了提高光纖的性能和穩定性，需要在光纖中引入一些特殊的物質，如氘氣。
氘氣是一種穩定的、安全的氣體，成分為氘和氫。由于其穩定性和低水溶性，氘氣在科學研究、工業生產和醫學診斷等領域被廣泛應用。氘氣在光纖領域中的兩個主要應用：制造低水峰光纖和作為拉曼放大器的增益介質。
制造低水峰光纖
低水峰光纖是一種在波長為1380 nm附近具有較低損耗的光纖，相比于普通光纖，可以提高信號的傳輸效率和容量。低水峰光纖的制造方法是在普通光纖的制造過程中，在玻璃芯棒或預制棒中注入氘氣。
注入氘氣的原理是利用氘與玻璃中的自由基Si-O反應，形成Si-OD鍵，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，降低玻璃對波長為1380 nm附近的光信號的吸收，從而降低損耗。
注入氘氣的方法有多種，如化學氣相沉積法（CVD）、等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）、溶膠凝膠法（SG）等。不同的方法有不同的優缺點，需要根據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增強光信號的器件，在長距離光通信系統中起到重要作用。拉曼散射是指入射光子與介質分子或晶格中的振動相互作用，產生新的頻移后的散射光子。這種過程可以將入射光子頻率轉移至長波長端或短波長端，從而實現對信號波或泵浦波的放大。
為了實現高效的拉曼放大器，需要選擇合適的增益介質。增益介質主要影響拉曼放大器的增益系數、增益帶寬、可控性和穩定性等性能指標。目前常用的增益介質有硅基材料、碲基材料、碳基材料和氣體材料等。
2021年全球氘氣市場規模大約為11億元（人民幣），預計2028年將達到17億元，2022-2028年期間的年復合增長率為7.26%。從類型上來看，5N純度氘氣銷量最高，擁有大約99%的市場份額。
從下游市場來看，使用氘最多的是光纖行業，市場份額大約為35%。其次是半導體行業，市場份額大約為25%。其他應用包括面板行業、工業應用、核工業等。
從地區上來看，北美是最大的生產地區，擁有超過80%的市場份額。主要的氘生產商包括Linde Gas、Cambridge Isotope Laboratories等。亞太地區是最大的消費地區，擁有超過60%的市場份額。主要的消費國家包括中國、日本、韓國等。
氘氣市場的主要驅動因素包括氘在光電顯示、生物醫藥、核磁共振等領域的廣泛應用，以及對高純度和高穩定性同位素資源的不斷需求。同時，氘氣市場也面臨著一些挑戰，如氘氣的稀缺性和高昂的成本，以及對環境和安全的影響。氘氣是一種稀有和高價值的同位素資源，具有重要的戰略意義。隨著顯示技術、醫藥技術和核能技術的不斷創新和發展，對氘氣的需求將持續增長。
