一眼万年,滨松技术工程师铃木健吾和量子效率仪器的20年“情缘”
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导读:PLQY测试产品的开发过程并非一路坦途,装置可靠性证明从项目启动到论文发表耗时4年,历经成百上千次实验,这是工程师对科学精神的敬畏践行。
在滨松光子学株式会社(以下简称“滨松”)日本总部研发中心的实验室里,一位每天自带简餐、午餐后迅速投入工作的工程师,用超过25年的职业生涯,深耕于荧光量子效率测量领域。他是铃木健吾,滨松系统事业部设计部第8部门技术工程师,是全球顶尖的绝对量子效率测量仪(Quantaurus-QY 系列)研发的核心人物,也是将发光量子效率(PLQY)推向新高度的关键推手。近日,仪器信息网有幸采访了铃木先生,访谈从光化学博士到行业技术革新者,从日本总部到中国市场,他的故事串联起一款科学仪器从实验室走向产业前沿的完整脉络,更诠释了滨松“以客户需求为原点”的产品进化逻辑。
《Chemical Physics Letters, Volume 460, Pages 155 - 157》成果发表截图
此外,铃木健吾团队还与产业技术综合研究所的加藤隆二团队、筑波大学的德丸克己团队共同测量了有机物的晶体发光量子效率,并在学术论文《The Journal of Physical Chemistry C》上进行了报道。
《The Journal of Physical Chemistry C, Volume 113, Pages 2961-2965》成果发表截图
然而,质疑并未完全平息。即使《Chemical Physics Letters》的论文展示了C9920-02在特定有机材料上的惊人结果,一个更根本性的问题依然悬而未决:这套基于积分球绝对法的新系统,其普适性和基础可靠性究竟如何? 面对业界对“绝对法测量本身”的持续拷问,铃木健吾深知,仅靠单一材料的成功案例和外部验证不足以彻底消除疑虑,必须从测量原理的底层逻辑和系统溯源性上提供无可辩驳的证据。
为此,他再次将目光投向严谨的学术论证。2009年,团队在《Physical Chemistry Chemical Physics》期刊上发表了具有里程碑意义的研究。这篇论文的核心目标直指质疑的核心——绝对法的可靠性证明。文章不仅阐述了由高精度多通道光谱仪、积分球及激发光源构成的C9920-02系统如何实现绝对法测量(这本身是对前文所述技术实现的深化和标准化),更关键的是,基准物质验证: 系统性地引入并评估了一系列经过严格认证的光学标准物质(如标准荧光体)。 通过使用这些具有已知、稳定量子效率值的基准物质,对C9920-02系统进行了全方位的“校准”和“能力验证”。 实验数据清晰地证明,该系统不仅能复现基准物质的已知效率值,而且在不同基准物质、不同效率水平上均表现出卓越的准确性、重复性和稳定性。
这篇论文以其严谨的设计、详实的数据和对测量溯源的深刻阐述,产生了巨大的学术影响力(引用超1000次)。 它带来的深远影响远超预期,其结论和方法直接推动了国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)启动全球发光量子效率测量标准化指南的制定工作,为整个领域建立了统一的测量规范。
凭借扎实的溯源验证和普适性证明,C9920-02所代表的积分球绝对法,终于彻底扫清了早年的质疑阴霾, 从一项颠覆性的技术突破,演进成为全球发光材料研究领域无可争议的金标准。 如今,这一方法已被全球超过3000家顶尖实验室所采纳和应用,深刻重塑了发光材料量子效率测量的格局。
《Physical Chemistry Chemical Physics, Volume 11, Pages 9850 - 9860, 2009》成果发表截图
开拓市场:中国市场本地化服务体系建立
基于C9920-02系统,铃木健吾团队进一步实现了技术的产品化落地,推出了高度集成化的紧凑型设备——Quantaurus-QY。 该产品通过将核心组件(高灵敏度多通道光谱仪、积分球、精密激发光源及控制系统)高度集成于单一机箱内,显著提升了设备的操作便捷性与系统稳定性,降低了使用门槛。Quantaurus-QY的推出,加速了滨松的产品在发光材料领域的应用。此时,正值中国发光材料研究的起步,滨松Quantaurus系列产品也于2010年正式进入中国市场。
然而,当Quantaurus-QY进入中国市场初期,其推广面临显著挑战。 中国客户对于这一基于全新绝对法原理的设备认知有限,充分理解其相较于传统方法的技术优势(如无需参比物、测量精度高、固液兼容性好) 并建立信任并非易事。
秉承着滨松集团提出的“In China,for China”的思想,铃木健吾团队采取了关键的本地化策略:协助滨松中国的技术团队,构建了完善的技术支持与服务体系。 建立覆盖多类典型发光材料(如OLED、钙钛矿、量子点、稀土荧光粉) 的本土化应用方案库。这为中国科研人员与产业工程师提供了即用型的测试范例与最佳实践指南,极大缩短了学习曲线,提升了设备利用率。
与此同时,铃木先生帮助滨松中国一起建立了高效的本地化服务体系,彻底解决了进口精密仪器普遍面临的“售后响应慢、维护成本高、技术支持难”等痛点,为中国客户提供了极致的售后便利性,保障了设备的高效稳定运行,显著降低了用户的总拥有成本(TCO)。
在铃木先生的帮助下,滨松Quantaurus-QY及其配套的深度本土化服务体系的成功构建,不仅推动了该设备在中国科研机构与产业界的广泛应用,更实质性地加速了中国发光材料领域的研究进展与产业化进程。 通过提供国际领先且易于使用的绝对法量子效率测量工具,并辅以无后顾之忧的本土化服务保障,滨松为中国科学家和工程师在新型发光材料开发、性能优化及机理研究中提供了坚实可靠的基础设施支撑,有力助推了中国在该领域的创新活力与国际竞争力提升。
发光材料体系复杂多样,涵盖有机、无机及杂化材料等类别,其发光特性亦存在显著差异。其中,上转换发光材料(Upconversion Materials)凭借其独特的多光子吸收机制,能够实现低能量光子(如近红外光)向高能量光子(如可见光)的转换,即反斯托克斯位移效应。这一特性使其在生物医学深层成像、增强型太阳能电池光子捕获及量子信息处理等前沿领域展现出不可替代的应用潜力。
为了更好的讲解产品技术,Quantaurus-QY PLUS被搬到采访室的现场,铃木先生与现场的Quantaurus-QY PLUS合影
彼时,全球学术界与产业界对上转换材料的研究热度空前高涨,而中国在该领域的研发需求尤为迫切。然而,上转换材料的发光量子效率测量长期面临严峻挑战:其激发过程需使用高功率近红外激光器,且需在近红外激发波长和可见光发射波段同时实现高灵敏度探测。当时市售的量子效率测量系统(包括滨松自身的标准型号)均无法满足这一特定的激光激发耦合与宽谱段(特别是近红外区)高精度探测需求。
这一瓶颈在中国研究群体中反响尤为强烈。滨松中国团队一起在深入走访多个顶尖实验室后,频繁接收到研究人员对于“无法测量上转换材料QY”的明确痛点反馈。基于这些来自中国本土客户的、清晰且迫切的需求,滨松中国销售与技术团队正式向日本总部系统事业部提出了开发专用解决方案——Quantaurus-QY PLUS的构想与详细规格要求。
面对这一极具挑战性的任务,铃木健吾团队深知其核心驱动源于中国客户的实际困境。“我们深刻理解中国研究人员对上转换材料PLQY数据的渴望,以及现有设备缺失给他们带来的阻碍。” 铃木先生回忆道,“将中国客户的核心需求转化为技术突破点,成为了我们研发的最高优先级。 尽管过程中遭遇了诸多技术困境——从高功率激光引入的光路干扰到微弱近红外信号的有效提取——每一次看似接近成功的尝试后出现的障碍,都令我们倍感压力。但正是来自中国市场的明确需求和期待,成为支撑我们持续攻坚的关键动力。”
最终,铃木团队成功地将“中国需求”转化为技术突破: Quantaurus-QY PLUS通过创新的光路设计(有效管理高功率激光并优化信号收集路径)以及首创的双通道探测器融合算法(协同处理可见光与近红外信号,确保宽谱段、尤其是近红外激发下的高精度与稳定性),精准攻克了上转换材料PLQY测量的世界性难题。 这款为中国市场“量身定制”的解决方案,不仅填补了行业空白,更直接赋能了中国上转换材料研究的加速发展。
围绕发光量子效率测量产品,Quantaurus系列产品的时间轴展现了一款仪器产品的生命周期。2000年,铃木健吾加入滨松;2004年,与安达千波矢教授共同开发由多通道光谱仪、积分球和激发光源组成的C9920 – 02;2011年,铃木健吾团队将多通道光谱仪、积分球和激发光源集成于一体,开发出Quantaurus-QY一体式装置;2016年,开发出了新增功能的扩展型装置Quantaurus-QY Plus;2022年系统事业部又开发出高动态范围光谱仪OPAL-Luxe……“科研仪器的生命周期没有终点,只有需求牵引的持续进化。”此刻,铃木健吾团队研发的MicroLED检测装置MINI-PL已进入测试阶段,可将MicroLED晶圆检测效率提升20倍。
“QY产品的开发过程并非一路坦途,装置可靠性的证明就是其中一个最大课题”。铃木先生回忆道。如前文所述,C9920–02问世之初,为证明其可靠性,铃木健吾团队过论文发表的形式为绝对法系统定量法正名——这些论文数据背后,凝聚着团队的不懈付出:为验证数据的可重复性,他们进行了上百次重复测量,并借助其他测量方法对数据进行交叉验证。每一次实验失败后,他们都要重新审视每一个细节,寻找可能的误差源……甚至一度怀疑自己的方向是否正确;针对测量数据,团队与飞田先生、石田先生等就其与以往论文的一致性展开深入讨论,不仅在日本国内学术场合分享,更在海外举办的学术会议上展示测量数据,与多国研究者进行广泛交流。铃木先生感慨:“从项目启动到论文发表耗时4 年,历经了成百上千次实验,这是工程师对科学精神的敬畏践行。”
采访中,当被问及职业生涯最骄傲的时刻,铃木先生翻开一本2022年出版的《Phosphor Handbook》,这是一本全球发光材料研究者的案头书。铃木先生负责撰写了其中的第13章节内容,系统阐述了发光量子效率的测量法,其中引用的 Quantaurus-QY 测试案例,覆盖了从有机晶体到钙钛矿的全材料体系。从 1924 年首篇 PLQY 测量论文发表,到滨松的技术被写入行业权威书籍,这是跨越百年的技术接力。如今,QY 系列已成为全球超 3000 家实验室的标配,从诺奖得主的研究组到中国顶尖高校,从实验室到显示行业的龙头企业,它见证着发光材料从基础研究到产业化的每一步跃迁。
采访中,铃木先生给笔者展示其参与编著的《Phosphor Handbook》,背景白板内容是铃木先生现场板书讲解团队正在开发的两款产品技术方向
采访最后,谈及发光材料领域未来的发展趋势,铃木先生表示,预计未来会有更多新型发光材料被开发并投入产业应用。围绕这些新的需求,当前,铃木先生团队正将目光投向更高精度的发光材料评估等测量解决方案,并开发出两款产品,希望这些高性能装置能为未来的产业发展做出贡献。一款是高动态范围光谱仪OPAL-Luxe。OPAL-Luxe是一种光检测器,在较宽的波长范围内具有250万:1的高动态范围,能够同时对强信号和微弱信号进行多波长测量,为量子点显示材料的多维度表征提供可能。另一款是microLED PL检测装置MINI-PL。该装置用于评估次世代显示器——microLED所需的材料。以往,microLED的良莠判断需要较长的光致发光测量时间,导致其实用化进程缓慢。MINI-PL可以在晶圆阶段进行测量,从而能够在短时间内实现高精度测量。
后记
自2010年进入中国市场以来,Quantaurus系列产品已在国内科研领域取得显著成就。该系列设备累计销量突破200套,凭借其卓越性能被誉为发光材料实验室的"科研利器",更成为PLQY测试领域的行业"黄金标准"。由铃木先生力推的绝对法测量PLQY核心技术理念,经过十余年实践验证,已深度融入国内科研工作体系,持续推动着相关领域的技术革新。
铃木先生的25年职业生涯,映射着滨松“需求驱动创新”的底层逻辑:从安达教授的实验室需求孵化技术原型,到满足中国客户需求推动产品升级,再到全球学术共同体的标准共建,Quantaurus-QY 的每一次进化都精准锚定用户痛点。正如滨松的新口号“不要说不可能,先做起来”——当工程师的执着遇见真实的市场需求,光的轨迹便会照亮产业变革的方向。
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