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宽带近红外（NIR）荧光粉转换发光二极管（pc-LED）是满足下一代近红外光谱的理想光源。然而，近红外荧光粉存在量子产率低、热稳定性差等诸多问题。 在这项工作中，河北大学的李盼来教授通过阳离子调制将Gd3Ga5O12中的GaO6以Y3+和In3+共掺杂的方式，发现了一系列具有高内部量子产率（IQY s）和高热稳定性的Gd3YxInxGa5-2xO12:Cr3+近红外宽带荧光粉。在449 nm激发下，产生了650至1050 nm的发射，半最大宽度（FWHM）为134 nm。发射强度在y=6%时，IQY达到81.8%，在375 K时，发射强度保持在94.1%的室温下。将获得的磷光体制成pc-LED，在0.28 W输出功率和0.1 A输出电流下，近红外pc LED的近红外光电转换效率为15%；更有希望的是，当输出功率增加到2.247 W时，pc-LED光电转换效率仍能保持在8.5%，可应用于植物照明、夜视、生物组织穿透和目标检测等不同领域。相关论文以题目为“Highly Efficient and Stable Near-Infrared Broadband Garnet Phosphor for Multifunctional Phosphor-Converted Light-Emitting Diodes”发表在Advanced Optical Materials 期刊上。 论文链接: https://onlinelibrary./doi/10.1002/adom.202200415
宽带近红外（NIR）光源因其快速方便、无破坏性等优点，正迅速成为食品质量检测和分析、夜视、生物组织成像、和植物生长调节的首选光源。特别是700-1100 nm光谱范围内的光源，允许通过使用C-H、 O-H、 和N-H组。该范围内的光被称为第一个生物窗口，近红外辐射可以有效穿透生物组织，这意味着可以通过生物组织中可感知的穿透深度对人类生理状态进行无损和无创诊断。在植物栽培中，红色/光敏色素（PR）和远红色/光敏色素（PFR）是植物生长所必需的两种色素，它们在近红外区域有特定的吸收，PFR在730nm处有一个很强的吸收峰。各种近红外发光材料已被开发用于卤素灯、发光二极管（LED）、有机LED（OLED）和磷转换LED（pc LED）。其中，卤素灯具有从可见光到近红外的连续超宽带光谱特性，但其发光效率低、工作温度高、响应时间长，限制了其应用。 近红外LED克服了卤素灯的大多数缺点，但半高宽（FWHM）较窄以及LED排列的发光不均匀性也严重限制了其大规模应用。OLED在效率或耐温性方面令人失望，尽管它们具有良好的适用性。最合适的解决方案可能是开发结合InGaN蓝光LED芯片和宽带NIR荧光粉的NIR PCLED。它既满足超宽带光谱发射，又满足紧凑、高效、便携和低成本的要求。为此，需要开发与蓝色LED芯片匹配良好的宽带NIR荧光粉。到目前为止，已经报道了许多基于无机基质掺杂活化剂的NIR宽带荧光粉，但大多数都存在着诸如NIR发射波长不合适、高温下发射强度不稳定、发光效率低等缺点，极大地限制了其在各个领域的应用。Cr3+离子在紫外-可见光谱范围内表现出宽带吸收，这源于其独特的3d3电子结构。（文：爱新觉罗星）
图1：a）XRD图谱；b） Rietveld精修；c）精修参数的变化；d）拉曼光谱；e）SEM图像。
图2：a）三维荧光光谱及半高宽和荧光强度的变化；b）PLE，PL光谱；c） Cr3+离子的Tanabe–Sugano能级图；d）构型坐标图；e） DRS和带隙。
图3：a） 不同驱动电流下的EL光谱；b） 不同驱动电流下的近红外输出功率和转换光电效率；c、 d）近红外光穿透手掌和药瓶的照片；e） 使用pc LED作为光源，拍摄不同距离的电子秤。
图4：a） LED封装光谱的红外部分b） 不同光源下14天前后植物的比较；c） 金合欢重量随天数的变化；d） 芽长随天数的变化。 |
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