原文出自 Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊
Cite this article:
Hu H, Xue B, Liu S, et al. Lowering operating temperatures in high-power laser-excited LuAG:Ce films through improving crystallinity and increasing Ce3+ content. Journal of Advanced Ceramics, 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221061
文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221061
1. 引子：激光照明为何“热”情难挡？
想象一下，未来的汽车大灯能在黑夜中点亮数百米的前路，投影仪能在白天投射出清晰绚丽的画面——这一切都离不开激光照明技术的高亮度与长寿命。然而，高功率激光的“热情”却带来了一个棘手问题：荧光材料在强光下温度飙升，发光效率下降，甚至“罢工”。热管理成了拦路虎，怎么办？
我们团队在《Journal of Advanced Ceramics》上发表的最新研究给出了答案：通过“双管齐下”优化LuAG:Ce荧光薄膜，我们不仅让它在高功率激光下“冷静”了近100 °C，还大幅提升了发光性能。这项突破或许将成为激光照明迈向实用化的关键一步，点亮汽车照明、高端显示等领域的未来！
2. 背景：热与光的“拉锯战”
激光照明被誉为下一代照明技术“扛把子”，亮度高、寿命长，远超传统LED。然而，高功率激光激发下，荧光材料容易“热过头”，导致发光效率下滑、颜色失真，甚至材料烧毁。过去，学者们尝试加装散热装置或调整材料配方，虽然能降温，却往往牺牲了发光亮度，像是“按下葫芦浮起瓢”。
我们决定另辟蹊径：能不能让材料本身既“冷静”又“闪耀”？答案藏在LuAG:Ce薄膜的微观世界里。通过同步调控它的结晶度和Ce3+含量，我们找到了一条热管理和发光性能双赢的路，彻底打破传统技术的瓶颈。这不仅是一场材料的革新，更是为高功率激光照明量身定制的“降温秘方”。
3. 亮点：降温+增效，一箭双雕
这项研究的“硬核”成果可以用几个数字和事实概括：
（1）结晶度提升，温度骤降：把薄膜结晶度从75.5%提高到87.4%，在18 W/mm2激光激发下工作温度降低了惊人的95.6 °C。
（2）Ce3+加码，再降20 °C：采用CO气氛退火，将Ce3+含量从35.9%提升到46.1%，不仅温度再降20 °C，发光效率还飙升73.2%。
（3）稳定如磐石：在13 W/mm2激光轰击下，薄膜温度30秒内稳定在140 °C，光通量1800秒后仍保持87.1%的初始值，热稳定性和发光持久性堪称一流。
简单来说，我们让LuAG:Ce薄膜在高功率激光激发下既能“冷静思考”，又能“光芒四射”，为激光照明器件的设计提供了新灵感。
4. 怎么做到的？解锁“材料魔法”
（1）喷雾热解，精雕细琢：我们用喷雾热解法在蓝宝石基底上打造出22.17 μm厚的LuAG:Ce薄膜。这方法无需复杂设备，就能精确控制厚度、实现大面积沉积，堪称“量产友好型”。
（2）结晶度“升级”：通过1100-1500 °C的空气退火，薄膜从无序的“非晶态”变为高结晶度的LuAG结构。结晶度越高，热量散得越快，发光也更强。
（3）CO退火“点睛”：在1500 °C下用CO气氛退火，成功抑制Ce3+氧化，把更多Ce4+“变”成发光主力Ce3+。结果蓝光吸收率和转换效率双双提升，热量减少，发光更亮。
这些“魔法”让薄膜在高功率激光激发下如鱼得水，不仅温度低到“冷酷”，还亮得“耀眼”。
5. 数据说话：图表里的“热光传奇”
图1：从混沌到有序
X射线衍射和SEM图像显示，退火温度升高，薄膜结晶度从75.5%跃升至88.3%，表面平整、元素均匀，厚度仅为22.17 μm，为发光和散热打下坚实基础。
图2：热量“退烧”
红外热成像揭示，1500°C退火的薄膜在18 W/mm2激光激发下温度仅278.3 °C，远低于1100 °C的373.9 °C。蓝宝石基底的“散热神助攻”更让它如虎添翼。
图3：CO退火大放异彩
CO退火薄膜发光强度是空气退火的1.5倍，光通量高达850.3 lm，流明效率提升73%，证明Ce3+含量是发光性能的“隐藏王牌”。
图4：冷静应对高压
在13 W/mm2激光激发下，CO退火薄膜温度稳定在140.9 °C，比空气退火低20.9 °C，热功率也更低，硬核“抗热”性能为高功率应用保驾护航！
图5：稳如泰山的光与色
CO退火薄膜在高功率激光长时间激发下光通量保持87.1%，色温稳定在7786 K，颜色漂移小于3%，宛如激光照明中的“定海神针”。
6. 意义：照亮未来的“火种”
这项研究不仅解决了激光照明的高温难题，还为材料设计提供了新思路。LuAG:Ce薄膜的低工作温度、高发光效率和超强稳定性，让它在汽车大灯、激光投影、医疗照明等领域大有可为。未来，我们期待这项技术从实验室走向市场，点亮更多生活场景。
7. 结语：让光更亮，让热退散
从实验室到现实，激光照明的每一步都在挑战极限。我们用结晶度和Ce3+含量这两把“钥匙”，解锁了LuAG:Ce薄膜的热光潜能。想了解更多细节？欢迎查阅《Journal of Advanced Ceramics》原文（DOI: 10.26599/JAC.2025.9221061），一起见证这场“冷静发光”的材料革命！
8. 团队：科研路上的“追光者”
本研究由东北大学刘绍宏研究员领衔完成。他是中国有色金属学会贵金属学术委员会委员，活跃在荧光材料、功率半导体封装等前沿领域，成果频频亮相《Journal of Materials Science and Technology》、《Journal of Materials Chemistry A》、《Chemical Engineering Journal》、《Rare Metals》等顶级期刊，拥有7项国家发明专利。这次，他带领团队用“双管齐下”的巧思，为激光照明技术插上了“冷静而闪耀”的翅膀。
《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，由清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室提供学术支持，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。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，年发文量近200篇，2024年6月发布的影响因子为18.6，位列Web of Science核心合集中“材料科学，陶瓷”学科31种同类期刊第1名，是2025年中国科学院期刊分区表的材料科学1区的Top期刊。2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目。
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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