通讯作者解荣军、李淑星通讯单位厦门大学DIO10.1038/s41467-026-74741-21. 背景蓝光激光驱动荧光陶瓷可获得高亮度光源在照明、显示、投影和可见光通信中具有重要应用潜力。荧光陶瓷既需要高致密度以保障热导率和可靠性又需要细晶结构来增强光散射、改善光转换和混光均匀性但传统烧结通常伴随长时间保温和晶粒长大难以兼顾“致密化”和“晶粒细化”。对于氧化物-氮化物复合荧光陶瓷长时高温还会带来界面反应和红光组分猝灭进一步限制白光品质、色温调控范围和通信场景下的稳定输出。2. 论文概要本文提出快速脉冲高温烧结策略在秒级时间内制备Lu3Al5O12:CeLuAG:Ce及Lu3Al5O12:Ce-CaAlSiN3:Eu复合荧光陶瓷。方法上LuAG:Ce陶瓷采用脉冲高温烧结装置JSJ150-II样品置于两层碳布之间在约10-3 Pa真空下由直流电源快速加热至1750-1800 °C并保温1-30 s复合陶瓷则在高纯氮气、1650 °C下快速烧结1-30 s典型样品10 s形成相对密度超过98.0%的结构。结果显示10 s烧结即可获得98.1%相对密度和亚微米晶粒LuAG:Ce陶瓷光转换效率提高31%、断裂韧性提升约1.5倍在LuAG:Ce-CaAlSiN3:Eu复合陶瓷中快速烧结显著抑制界面反应使量子效率由传统方法的0.6%提高至57.0%并在蓝光激发下实现显色指数93的白光输出。作者进一步结合机器学习建立发射峰预测模型将发射波长覆盖495-605 nm、间隔小于5 nm并展示了室内4.8 m、 underwater 6.0 m以上的可见光通信应用。3. 图文解读图1概括全文策略快速烧结通过短时高温同时实现陶瓷致密化和晶粒细化打破传统烧结中高致密度与晶粒长大的权衡在LuAG:Ce-CaAlSiN3:Eu复合陶瓷中快速烧结缩短高温反应时间降低界面副反应使量子效率提升95倍。作者还将快速实验制备与机器学习结合用成分-结构特征预测发射波长实现荧光陶瓷光谱可设计。图2展示LuAG:Ce从前驱体到单相陶瓷的秒级演化。1-4 s时Al2O3和Lu2O3仍主要局限于各自颗粒5 s出现固相互扩散6 s形成明显LuAG相10 s后元素分布趋于均匀并形成单相Lu3Al5O12同时相对密度达到98.1%。与传统小时级烧结相比快速烧结晶粒保持在亚微米尺度带来更均匀混光、更高光转换效率和更高断裂韧性。图3解析复合荧光陶瓷的发光和界面结构。快速烧结样品在450 nm激发下呈现宽谱白光而传统放电等离子烧结样品因界面反应导致红光减弱快速烧结样品量子效率达57.0%显著高于传统方法的0.6%。显微结构显示CaAlSiN3:Eu颗粒分散在致密LuAG:Ce基体中界面层仅数十纳米并被识别为CaAl4O7有助于阻止进一步反应8 W蓝光LED老化6000 h后光效损失为14.4%优于磷光玻璃对照。图4展示快速烧结与机器学习的闭环材料发现流程。作者围绕A3B5O12:Ce石榴石结构建立初始样本库选取几何和化学描述符经特征筛选后确认电子亲和能、Pauling电负性、A位平均配位半径和第一电离势等关键特征。随着样本库由48扩展至64模型平均绝对误差降至7.22 nm并成功预测和验证新组成使发射峰在495-605 nm范围内以约5 nm间隔连续调控。图5验证高亮度光源的可见光通信应用。通信系统由发送端、编码器、光源、解码器和接收端组成连续运行108 h后波形保持稳定且传输文本无误码。基于LuAG:Ce-CaAlSiN3:Eu复合陶瓷的白光源色坐标为(0.39, 0.36)、色温3758 K、显色指数93可实现4.8 m室内通信基于LuAG:Ce的绿光源在水下通信距离超过6.0 m。通过机器学习设计的A3B5O12:Ce体系还可覆盖1996-9803 K色温扩展多场景照明-通信应用。4. 总结展望这项工作以秒级快速脉冲高温烧结为核心将荧光陶瓷制备从传统长时烧结推进到“快速致密化、晶粒细化、界面反应受控”的新范式并进一步通过机器学习把成分设计与发射波长预测连接起来。其意义不仅在于获得高效率、高显色和高可靠性的激光驱动光源也在于证明快速烧结可作为高通量实验平台服务于多组分荧光陶瓷的快速筛选。面向后续应用仍需进一步评估大尺寸制备、批次一致性、长期激光辐照热管理以及复杂通信环境下的调制带宽和系统集成能力。注Wang, G., Xiong, W., Qiu, L. et al. Second-level fast sintering enables high-brightness light source for visible light communication. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74741-2.
通讯作者解荣军、李淑星通讯单位厦门大学DIO10.1038/s41467-026-74741-21. 背景蓝光激光驱动荧光陶瓷可获得高亮度光源在照明、显示、投影和可见光通信中具有重要应用潜力。荧光陶瓷既需要高致密度以保障热导率和可靠性又需要细晶结构来增强光散射、改善光转换和混光均匀性但传统烧结通常伴随长时间保温和晶粒长大难以兼顾“致密化”和“晶粒细化”。对于氧化物-氮化物复合荧光陶瓷长时高温还会带来界面反应和红光组分猝灭进一步限制白光品质、色温调控范围和通信场景下的稳定输出。2. 论文概要本文提出快速脉冲高温烧结策略在秒级时间内制备Lu3Al5O12:CeLuAG:Ce及Lu3Al5O12:Ce-CaAlSiN3:Eu复合荧光陶瓷。方法上LuAG:Ce陶瓷采用脉冲高温烧结装置JSJ150-II样品置于两层碳布之间在约10-3 Pa真空下由直流电源快速加热至1750-1800 °C并保温1-30 s复合陶瓷则在高纯氮气、1650 °C下快速烧结1-30 s典型样品10 s形成相对密度超过98.0%的结构。结果显示10 s烧结即可获得98.1%相对密度和亚微米晶粒LuAG:Ce陶瓷光转换效率提高31%、断裂韧性提升约1.5倍在LuAG:Ce-CaAlSiN3:Eu复合陶瓷中快速烧结显著抑制界面反应使量子效率由传统方法的0.6%提高至57.0%并在蓝光激发下实现显色指数93的白光输出。作者进一步结合机器学习建立发射峰预测模型将发射波长覆盖495-605 nm、间隔小于5 nm并展示了室内4.8 m、 underwater 6.0 m以上的可见光通信应用。3. 图文解读图1概括全文策略快速烧结通过短时高温同时实现陶瓷致密化和晶粒细化打破传统烧结中高致密度与晶粒长大的权衡在LuAG:Ce-CaAlSiN3:Eu复合陶瓷中快速烧结缩短高温反应时间降低界面副反应使量子效率提升95倍。作者还将快速实验制备与机器学习结合用成分-结构特征预测发射波长实现荧光陶瓷光谱可设计。图2展示LuAG:Ce从前驱体到单相陶瓷的秒级演化。1-4 s时Al2O3和Lu2O3仍主要局限于各自颗粒5 s出现固相互扩散6 s形成明显LuAG相10 s后元素分布趋于均匀并形成单相Lu3Al5O12同时相对密度达到98.1%。与传统小时级烧结相比快速烧结晶粒保持在亚微米尺度带来更均匀混光、更高光转换效率和更高断裂韧性。图3解析复合荧光陶瓷的发光和界面结构。快速烧结样品在450 nm激发下呈现宽谱白光而传统放电等离子烧结样品因界面反应导致红光减弱快速烧结样品量子效率达57.0%显著高于传统方法的0.6%。显微结构显示CaAlSiN3:Eu颗粒分散在致密LuAG:Ce基体中界面层仅数十纳米并被识别为CaAl4O7有助于阻止进一步反应8 W蓝光LED老化6000 h后光效损失为14.4%优于磷光玻璃对照。图4展示快速烧结与机器学习的闭环材料发现流程。作者围绕A3B5O12:Ce石榴石结构建立初始样本库选取几何和化学描述符经特征筛选后确认电子亲和能、Pauling电负性、A位平均配位半径和第一电离势等关键特征。随着样本库由48扩展至64模型平均绝对误差降至7.22 nm并成功预测和验证新组成使发射峰在495-605 nm范围内以约5 nm间隔连续调控。图5验证高亮度光源的可见光通信应用。通信系统由发送端、编码器、光源、解码器和接收端组成连续运行108 h后波形保持稳定且传输文本无误码。基于LuAG:Ce-CaAlSiN3:Eu复合陶瓷的白光源色坐标为(0.39, 0.36)、色温3758 K、显色指数93可实现4.8 m室内通信基于LuAG:Ce的绿光源在水下通信距离超过6.0 m。通过机器学习设计的A3B5O12:Ce体系还可覆盖1996-9803 K色温扩展多场景照明-通信应用。4. 总结展望这项工作以秒级快速脉冲高温烧结为核心将荧光陶瓷制备从传统长时烧结推进到“快速致密化、晶粒细化、界面反应受控”的新范式并进一步通过机器学习把成分设计与发射波长预测连接起来。其意义不仅在于获得高效率、高显色和高可靠性的激光驱动光源也在于证明快速烧结可作为高通量实验平台服务于多组分荧光陶瓷的快速筛选。面向后续应用仍需进一步评估大尺寸制备、批次一致性、长期激光辐照热管理以及复杂通信环境下的调制带宽和系统集成能力。注Wang, G., Xiong, W., Qiu, L. et al. Second-level fast sintering enables high-brightness light source for visible light communication. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74741-2.
