ACS Energy Lett: 用于未来以发光二极管为光源的高辐射通量超宽近红外荧光粉

【引言】

近红外（NIR）光源是波长范围在650-1400nm的部分光，处于电磁光谱的可见光和红外区域之间。近红外光谱使用近红外光作为食品加工业的实时监测分析和无损工具。近红外光可无损害地深入人体生物组织，具有高衰减性质。就区别肿瘤组织和提供生物组织信息而言，人体中有色化合物和组织的特征吸收或散射提供了无创无损伤测试的可能。适用于红外光源的商业光源，特别是，卤钨灯、激光二极管和超连续激光器都有几个缺点，包括光谱稳定性不稳定、发射光谱窄、较高的电消耗，比发光二极管（LED）短的寿命，大量的热量生成等。

【成果简介】

近红外光源有望用于食物分析、健康监测、虹膜识别和红外线拍摄等实时无损检测应用。由于食品和人体中的有机元素在蓝光和近红外区域有宽的吸收和反射，因此，红外光源的发射谱应尽可能的宽。近日，台湾大学的刘如熹教授、台北科技大学的张合教授与台湾师范大学的胡淑芬教授（共同通讯作者）合作在ACS Energy Letters上发表了题为“Super Broadband Near-Infrared Phosphors with High Radiant Flux as Future Light Sources for Spectroscopy Applications”的文章。该工作用蓝色LED激发超宽带的NIR荧光粉    (La₃Ga_5(1-x)GeO₁₄:5xCr³⁺)来获得NIR光源，首次获得了宽达330nm的半峰宽和高达18.2mW的辐射通量。通过电子顺磁共振、X射线吸收近边结构、稳态光谱以及常压和高压环境下的时间分辨光谱表征，结果表明超宽发光来源于两个不同的发光中心。最后，通过形位坐标图探讨了发光机理。

【图文导读】

图1：样品精细结构表征。

(a) La₃Ga_5(1-x)GeO₁₄: 5xCr³⁺的XRD光谱；

(b) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺的Rietveld精细化图像；

(c) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺带有选区衍射的HRTEM图像；

(d) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺的XANES光谱；

(e) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺中八面体(1)和四面体(2)Cr中心的EPR实验和模拟光谱。

图2：样品光致发光光谱。

(a)La₃Ga_4.95GeO₁₄: 0.05Cr³⁺的光致发光光谱；

(b)La₃Ga_4.95GeO₁₄: 0.05Cr³⁺的温度相关的光致发光光谱。

图3：样品的时间分辨发光光谱。

(a)温度为10K时，时间范围在0-10ms的时间分辨发光光谱；

(b)温度为300K时，时间范围在0-10ms的时间分辨发光光谱；

(c)La₃Ga₉₅GeO₁₄:0.05Cr³⁺中Cr1的时间衰减曲线；

(d)La₃Ga₉₅GeO₁₄:0.05Cr³⁺中Cr2的时间衰减曲线。

图4：La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺的发光二极管封装结果。

【小结】

上述工作为设计具有清晰背景的宽带近红外荧光材料提供了可能。有希望激励更多研究人员发展可用于超宽近红外荧光光源的其他荧光粉系统，特别是通过基质的化学调控实现更高效的发光，获得更高的辐射通量。

文献链接：Super Broadband Near-Infrared Phosphors with High Radiant Flux as Future Light Sources for Spectroscopy Applications (ACS Energy Lett, 2018, DOI：10.1021/acsenergylett.8b01643)

【团队简介】

近年来，台湾大学化学系刘如熹教授所领导之研究小组，其主要以材料化学核心技术为基础，发展具可应用在光转换为光、电与热之新材料，其将分别应用在光电、能源与生医(如图5所示)。其团队之研究兼顾基础与实际应用，除国际上重要期刊如Nature Commu、ACS Energy Lett, Angew. Chem. It. Edit.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater.等发表多篇重要著作外，并已获100件以上之专利。

图5：台湾大学化学系刘如熹教授所领导之研究小组于光转换材料研究之概念图。

本文由材料人纳米材料组Isobel供稿，材料牛整理编辑。

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