通讯作者：解荣军、李淑星
通讯单位：厦门大学
DIO：10.1038/s41467-026-74741-2
1. 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:Ce（LuAG: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.