硅酸盐陶瓷成分，硅酸盐陶瓷
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|多孔YAG:Ce荧光陶瓷的表面FESEM形貌
为了减少荧光陶瓷在高功率激光照射过程中的热量积聚，研究团队与俄罗斯远东联邦大学的Denis Kosyanov教授合作，利用具有高导热率的Al2O3作为第二相，制备了陶瓷。首次采用放电等离子烧结（SPS）技术，开发出具有高导热率和发光饱和阈值的细晶Al2O3-YAG:RE（RE=Ce/Ce+Gd）复合荧光陶瓷，并改进了关键烧结参数。我们系统地研究了影响复杂荧光陶瓷的密度、微观结构和发光性能的效应（温度、保持时间和压力）。在适当的工艺条件下，制备了Al2O3-YAG:RE复合陶瓷，该陶瓷在微观结构和发光性能之间取得了最佳平衡。 Al2O3-YAG:Ce 和Al2O3-GdYAG:Ce 陶瓷荧光粉转换器具有分别高达95% 和90.7% 的高内量子效率(IQE)，最大流明效率为264 lm·W-1（色温5596K）和225 lm·W-1会很高。 lmW-1（色温5374K）。相关研究成果发表在Journal of Advanced Ceramics (2023, 12: 1015-1032)上。论文通讯作者为俄罗斯远东联邦大学Denis Kosyanov教授和上海硅酸盐研究所研究员李江。
(a)Al2O3-YAG:RE(RE=Ce/Ce+Gd)复合荧光陶瓷实物照片；(b)白光LED灯；(c)PL/PLE光谱
研究团队随后利用固相反应烧结技术制备了绿色Al2O3-LuAG:Ce复合相荧光陶瓷。这进一步提高了陶瓷荧光转换器的热稳定性及其在高功率激光下的性能。 Al2O3-LuAG:Ce复合陶瓷具有优异的热稳定性（225时发光损失16%）、高量子产率（95%）和优异的发光性能。在16.4W蓝色LD照射下，实现了4634lm的高光通量和283lm·W-1的光通量效率，饱和功率密度超过20.5W·mm-2。相关研究成果发表在《先进陶瓷学报》（2023, 12: 625-633）上。该论文第一作者为上海硅酸盐研究所博士生程子秋，通讯作者为河南工业大学徐健副教授和上海硅酸盐研究所李江研究员。
Al2O3-LuAG:Ce复合陶瓷的(a)光通量，(b)光通量效率，(c)EL光谱，(d)色温分布图。
为了解决上述固相反应烧结技术复合相荧光陶瓷成分不均匀的问题，研究团队采用共沉淀法添加Al3+、Y3+、Y3+，提高了复合粉末的均匀性和烧结活性。根据溶液中Al3+含量，制备出成分良好、发光均匀性好的Ce3+混合金属盐Al2O3-YAG:Ce复合荧光陶瓷。在7.053W 450 nm LD激发下，40 wt%Al2O3-YAG:Ce的相关色温为6498 K，流明效率为166 lm·W-1，光通量为1169 lm。通过将Y全部替换为Lu，Al2O3-LuAG:Ce复合陶瓷的流明效率成功提高至266 lm·W-1。随着450 nm LD功率密度的不断提高，基于20-70 wt% Al2O3-LuAG:Ce复合相荧光陶瓷的光通量在不饱和的情况下持续增加，光通量达到3624 lm（LD的最大输出（ 15.6 W）并表现出更高的热稳定性（225C 时发光损失仅为4.3%）。相关研究成果发表在《美国陶瓷学会杂志》（2023, 106: 5933-5943）和《光学材料》（2024, 147: 114628）上。两篇论文的第一作者为江苏大学联合硕士生王彦斌，通讯作者为上海陶瓷研究所研究员李江。
(a)-(d) x wt%Al2O3-YAG:Ce (x=20, 30, 40, 50) 复合荧光陶瓷的FESEM形貌照片
针对激光照明中存在的输出白光颜色质量差的问题，研究团队设计了一种新型条码结构的YAG:Ce/YAG:Cr/YAG:Pr荧光陶瓷。这不仅解决了多相陶瓷中离子间问题，还解决了掺杂离子荧光陶瓷中因能量转移而导致的光效率低的问题，以及多相陶瓷不同层之间的重吸收和界面反应问题。并封装，得到光电性能和颜色性能可调的LED照明装置。与YAG:Ce荧光陶瓷相比，复合相陶瓷在650~750 nm处呈现出明显的红光发射。增加复合结构中YAG:Cr和YAG:Pr的比例显着增加了发射光谱的红色光谱成分，这有助于提高白光LED的显色性能。当YAG:Ce/YAG:Cr/YAG:Pr的厚度比为6/6/6时，复合陶瓷在800nm处的透过率达到60%，流明效率为106lm/W，Rf为86，CCT为7642K。性能表现出良好的发光特性。相关研究成果发表在《美国陶瓷学会杂志》上（2024, 107: 1061-1069）。论文第一作者为上海硅酸盐研究所博士生刘鑫，通讯作者为上海硅酸盐研究所研究员李江。
条码结构复合荧光陶瓷的制备工艺
条码结构复合相荧光陶瓷实物照片
上述相关研究得到国家重点研发计划、中科院国际合作计划（“一带一路”科技合作专项）、上海市重点项目“ “一带一路”国际工程。合作项目。