科学网—中国科学院上海硅酸盐研究所李江团队/福建师范大学陈大钦团队：面向激光照明的光热协同AlN-YAG:Ce复相荧光陶瓷-清华大学出版社学术期刊的博文
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2026-3-30 10:20
| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流
原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊
Cite this article:
Cheng Z, Zhou Z, Wang Y, et al. Photothermal synergistic AlN-YAG:Ce composite phosphor ceramics for laser-driven lighting applications. Journal of Advanced Ceramics , 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221288
文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221288
ResearchGate ： Photothermal synergistic AlN-YAG:Ce composite phosphor ceramics for laser-driven lighting applications
基金支持： This work was supported by the National Key R&D Program of China (Grant No. 2023YFB3506600), the International Cooperation and Exchange Project of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. W2512070), the Shanghai Partner Research Program (Grant No. 25HB2706600), and the Special Exchange Program of Chinese Academy of Sciences (Grant No.121631GJHZ2024017TBJH). Grateful acknowledgement is made to the support from the Russian Science Foundation (Project No. 25-73-10179).
1 、 导读
随着激光照明向高功率、高亮度及小型化方向不断发展， YAG:Ce 荧光陶瓷较差的热稳定性已成为制约其进一步应用的关键瓶颈。本研究将高热导的 AlN 引入 YAG:Ce 中，采用氮气气氛埋粉法烧结成功制备了 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷，深度剖析了 AlN 与 YAG:Ce 两相间的分布状态及所产生的 AlON 杂相的机理和对热学性能及光学性能的影响，表明氧空位和晶格氧的存在分别对光效和热导率产生不利影响。在 1.3 W·mm -2 的蓝光 LD 激发下， 10 vol.% AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的流明效率达 200.1 lm·W -1 ，相关色温为 4608 K 。与 10 W 蓝光 LD 耦合制备的原型激光照明灯具发出高质量白光，照射距离可达 500m ，在激光照明领域具有良好的应用前景。
2 、 研究背景
激光照明凭借体积小、亮度高、方向性强、无效率骤降现象等优点，已成为汽车大灯、户外照明、军用照明等大功率照明场景的核心光源。然而，目前应用最广泛的 YAG:Ce 荧光陶瓷在高功率激发下易发生因热致饱和导致的发光衰减现象，严重阻碍了其在激光照明领域的进一步发展。为缓解 YAG:Ce 陶瓷在高功率下热稳定性不足的问题，引入具有超高热导率、在可见光波段无吸收的 AlN 作为第二相散射中心成为有效策略。该策略既可以通过 AlN 本身的高热导提升 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的整体热导率，又可以作为第二相散射中心提高光效。
3 、文章亮点
（ 1 ）本文采用氮气气氛埋粉法烧结制备了具有光热协同能力的 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷；
（ 2 ）通过引入 AlN 实现了热稳定性和发光性能的协同提升， AlN-YAG:Ce 复相陶瓷的热导率最高可达 27.2 W · m -1 · K -1 ，流明效率为 200.1 lm · W -1 @1.3 W·mm -2 ；
（ 3 ）基于该陶瓷和 10 W 蓝光 LD 制备成的原型激光照明灯具发出高质量白光，照射距离可达 500m ，在激光照明领域展现出良好的应用前景。
4 、研究结果及结论
采用氮气气氛埋粉法烧结制备的 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的显微结构呈现 AlN 和 YAG:Ce 的两相分布，其中白色区域为 YAG:Ce 荧光体相，黑色区域为 AlN 相，如图 1 所示。 EDS 面扫及线扫表明 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷中的 AlON 杂相很有可能存在于 AlN 和 YAG:Ce 的两相界面反应区内。此外，通过元素定量分析可以发现， AlN 相检出了部分氧元素的存在，这些氧元素可能以晶格氧的形式存在而对 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的热导率产生不利影响。
图 1. 50 vol.% AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的（ a ） TEM 暗场像及 EDS 面扫，（ b ） TEM-EDS 线扫，（ c ）各个检索区域及（ d ）元素定量分析。
本文重点评估了 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷与反射式 450 nm LD 结合下的光电色性能，如图 2 所示。随着 AlN 含量的增加， AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的发光饱和阈值逐渐增加，光通量和流明效率均呈现先增加后减小的趋势，在 AlN 含量为 10 vol.% 时最大，分别为 200.1 lm·W -1 @1.3 W·mm -2 和 2297.3 lm@19.8 W·mm -2 。以上结果表明 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷具有优异的激光照明性能。
图 2. （ a ）反射式激光照明器件的原理示意图、（ b-e ） AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷在不同激光功率密度下的光电色性能。
为验证 AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷的实际应用潜力，本研究采用 10 vol.% AlN-YAG:Ce 复相荧光陶瓷与 10 W 蓝光 LD 耦合，成功搭建了激光照明灯具。结果表明：该原型灯具可输出高质量白光，照射距离可达 500 m ，在激光照明领域展现出良好的应用前景。
图 3. 基于 10 vol.% AlN-YAG:Ce CPCs 与 10 W 蓝光 LD 搭建的激光照明灯具在（ a ） 50 m ，（ b ） 100 m ，（ c ） 200 m 和（ d ） 500 m 不同距离下的照明示意图。
5 、作者及研究团队简介
李江（通讯作者） ，中国科学院上海硅酸盐研究所二级研究员，博士生导师，国家重点研发计划项目首席科学家。现任 Journal of Advanced Ceramics 、《无机材料学报》副主编，美国陶瓷学会期 刊 Journal of the American Ceramic Society 和 International Journal of Applied Ceramic Technology 副编辑（ Associate editor ），《现代技术陶瓷》、《人工晶体学报》、《功能材料与器件学报》等期刊的编委。目前主要从事光功能透明陶瓷（包括：激光陶瓷、闪烁陶瓷、磁光陶瓷、照明 / 显示用荧光陶瓷等）的基础与应用研究。连续 4 年入选美国斯坦福大学发布的“生涯科学影响力排行榜”（全球前 2% 顶尖科学家榜单）。受邀在国内外重要学术会议上作邀请报告 100 余次。迄今在国内外重要学术期刊上发表论文 490 篇；合著 / 译学术专著 3 部；参与 3 部中英文专著部分章节的撰写；申请中国发明专利 50 余项（其中授权 25 项）。
E-mail: lijiang@mail.sic.ac.cn
周真真（通讯作者） ，中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员，硕士生导师。目前主要从事荧光和闪烁等光功能陶瓷研究。主持国家自然科学基金、上海市自然科学基金、横店 - 上硅所联合研究中心项目、国家重点研发计划子研究任务等项目；在 Advanced Photonics 、 Adv. Opt. Mater. 、 J. Am. Ceram. Soc. 、 J. Eur. Ceram. Soc. 等期刊发表学术论文 30 余篇，授权发明专利 10 余项。《发光学报》青年编委，中国材料研究学会会员。
E-mail: zhouzhenzhen@mail.sic.ac.cn
陈大钦（通讯作者） ，福建师范大学教授，博士生导师。入选闽江学者特聘教授、福建省高层次引进人才（ B 类）、福建省特支“双百计划”人才、浙江省新世纪 151 人才等人才项目；主持国家重点研发计划专项课题、国家自然科学基金、福建省杰出青年科学基金和浙江省杰出青年科学基金等 10 余项课题。从事光电材料与器件研发。
E-mail: dqchen@fjnu.edu.cn
程梓秋（第一作者） ，中国科学院上海硅酸盐研究所在读博士研究生，主要从事激光照明用荧光陶瓷的制备与性能研究。
E-mail: chengziqiu20@mails.ucas.ac.cn
作者及研究团队在 Journal of Advanced Ceramics 上发表的相关代表作：
1 ） Hu C, Zhu D, Wang Y, et al. Defect engineering in Mg 2+ co-doped LuAG:Ce ceramics: Towards ultrahigh fast scintillation proportion. Journal of Advanced Ceramics , 2025, 14(9): 9221148. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221148
2 ） Wang Y, Cheng Z, Zhou Z, et al. Pore-coexisting BaAl 2 O 4 –LuAG:Ce composite phosphor ceramics for solid-state lighting. Journal of Advanced Ceramics , 2025, 14(10): 9221156. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221156
《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊， 清华大学 主办， 清华大学出版社 出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2025 年发文量为 202 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 34 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508
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