宽带近红外荧光粉KScP_(2)O_(7)∶Cr^(3+)的发光特性研究及近红外LED器件应用

近红外(NIR)器件的小型化和智能化需求推动了高效宽带近红外荧光粉的设计与发展。目前,Cr3+激活的宽带近红外荧光粉主要采用传统的多格位共占据策略设计实现。然而,由于处在不同晶体学格位的Cr3+热猝灭行为不一致和光谱稳定性差等问题,导致其实际应用受限。本文基于单格位占据策略,采用高温固相法制备了一系列宽带近红外荧光粉KSc1-xP_(2)O_(7)∶xCr^(3+)(x=0.01~0.09),并对其晶体结构、发光性能及热猝灭机理进行分析。研究结果表明,在x=0.03时,KSc_(0.97)PO_(7)∶0.03Cr^(3+)(KSP∶0.03Cr^(3+))样品发光强度达到最大值,随后出现浓度猝灭现象,该现象主要归因于相邻Cr^(3+)‐Cr^(3+)之间的能量传递。在蓝光激发下,KSP∶0.03Cr^(3+)样品光谱覆盖700~1200 nm,发射主峰位于857 nm,半高宽为149 nm。此外,通过晶体结构和低温光谱分析以及对Cr^(3+)所处晶体场强度计算,表明该宽带近红外发射的实现归因于Cr^(3+)占据处于弱晶体场(Dq/B=1.98)的Sc^(3+)晶体学格位。在高温373 K时,样品的发光强度为室温下发光强度的60.2%,表明该荧光粉具有良好的热稳定性。最后,利用该荧光粉与蓝光LED芯片制备了近红外荧光粉转换型LED(NIR pc‐LED)器件,证实该荧光粉在生物医学成像、夜视以及食品检测方面具有潜在应用价值。

宽带近红外荧光粉LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+)的发光特性与LED器件应用

具有体积小、响应快等特点的荧光转换型宽带近红外LED(NIR pc-LED)光源在食品成分分析、生物制药、癌症早期诊断、健康管理、NIR光谱技术等领域具有重要的应用价值。作为NIR pc-LED的核心组件,NIR荧光粉直接决定了这类光源的光学性能,因此开发新型高效的NIR荧光粉对于推进NIR光谱技术的普及具有重要意义。本文通过过渡族金属离子Cr^(3+)到稀土离子Nd^(3+)的能量传递设计了一种可被蓝光LED高效激发的宽带NIR荧光粉LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+),其发射光谱范围覆盖650~1100 nm。此外,得益于Cr^(3+)→Nd^(3+)的高效能量传递和Nd^(3+)4F3/2能级优异的发光热稳定性,该荧光粉具有优异的发光热稳定性,其发光强度在150℃时仍能维持室温的92%。最后,将LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+)荧光粉与蓝光LED芯片结合,所制备的NIR pc-LED原型器件,在350 mA驱动电流下,NIR输出功率高达120 mW。以上结果表明,LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+)荧光粉有潜力应用于NIR pc-LED器件。