ACS Energy Lett: 用于未來以發光二極管為光源的高輻射通量超寬近紅外熒光粉

【引言】

近紅外（NIR）光源是波長范圍在650-1400nm的部分光，處于電磁光譜的可見光和紅外區域之間。近紅外光譜使用近紅外光作為食品加工業的實時監測分析和無損工具。近紅外光可無損害地深入人體生物組織，具有高衰減性質。就區別腫瘤組織和提供生物組織信息而言，人體中有色化合物和組織的特征吸收或散射提供了無創無損傷測試的可能。適用于紅外光源的商業光源，特別是，鹵鎢燈、激光二極管和超連續激光器都有幾個缺點，包括光譜穩定性不穩定、發射光譜窄、較高的電消耗，比發光二極管（LED）短的壽命，大量的熱量生成等。

【成果簡介】

近紅外光源有望用于食物分析、健康監測、虹膜識別和紅外線拍攝等實時無損檢測應用。由于食品和人體中的有機元素在藍光和近紅外區域有寬的吸收和反射，因此，紅外光源的發射譜應盡可能的寬。近日，臺灣大學的劉如熹教授、臺北科技大學的張合教授與臺灣師范大學的胡淑芬教授（共同通訊作者）合作在ACS Energy Letters上發表了題為“Super Broadband Near-Infrared Phosphors with High Radiant Flux as Future Light Sources for Spectroscopy Applications”的文章。該工作用藍色LED激發超寬帶的NIR熒光粉??? (La₃Ga_5(1-x)GeO₁₄:5xCr³⁺)來獲得NIR光源，首次獲得了寬達330nm的半峰寬和高達18.2mW的輻射通量。通過電子順磁共振、X射線吸收近邊結構、穩態光譜以及常壓和高壓環境下的時間分辨光譜表征，結果表明超寬發光來源于兩個不同的發光中心。最后，通過形位坐標圖探討了發光機理。

【圖文導讀】

圖1：樣品精細結構表征。

(a) La₃Ga_5(1-x)GeO₁₄: 5xCr³⁺的XRD光譜；

(b) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺的Rietveld精細化圖像；

(c) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺帶有選區衍射的HRTEM圖像；

(d) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺的XANES光譜；

(e) La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺中八面體(1)和四面體(2)Cr中心的EPR實驗和模擬光譜。

圖2：樣品光致發光光譜。

(a)La₃Ga_4.95GeO₁₄: 0.05Cr³⁺的光致發光光譜；

(b)La₃Ga_4.95GeO₁₄: 0.05Cr³⁺的溫度相關的光致發光光譜。

圖3：樣品的時間分辨發光光譜。

(a)溫度為10K時，時間范圍在0-10ms的時間分辨發光光譜；

(b)溫度為300K時，時間范圍在0-10ms的時間分辨發光光譜；

(c)La₃Ga₉₅GeO₁₄:0.05Cr³⁺中Cr1的時間衰減曲線；

(d)La₃Ga₉₅GeO₁₄:0.05Cr³⁺中Cr2的時間衰減曲線。

圖4：La₃Ga_4.95GeO₁₄:0.05Cr³⁺的發光二極管封裝結果。

【小結】

上述工作為設計具有清晰背景的寬帶近紅外熒光材料提供了可能。有希望激勵更多研究人員發展可用于超寬近紅外熒光光源的其他熒光粉系統，特別是通過基質的化學調控實現更高效的發光，獲得更高的輻射通量。

文獻鏈接：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)

【團隊簡介】

近年來，臺灣大學化學系劉如熹教授所領導之研究小組，其主要以材料化學核心技術為基礎，發展具可應用在光轉換為光、電與熱之新材料，其將分別應用在光電、能源與生醫(如圖5所示)。其團隊之研究兼顧基礎與實際應用，除國際上重要期刊如Nature Commu、ACS Energy Lett, Angew. Chem. It. Edit.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater.等發表多篇重要著作外，并已獲100件以上之專利。

圖5：臺灣大學化學系劉如熹教授所領導之研究小組于光轉換材料研究之概念圖。

本文由材料人納米材料組Isobel供稿，材料牛整理編輯。

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