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改進近紅外光源：超寬帶近紅外熒光粉中陽離子取代增強鉻發射

點擊次數：1698 時間：2025-06-24

一、成果簡介

隨著人們對近紅外(NIR)輻射在光譜學、光通信和醫療領域的應用日益增長的興趣，NIR- I (700 - 900 nm)和NIR- II (900 - 1700 nm)的應用推動了對新型NIR光源的需求。近紅外熒光粉轉換發光二極管(pc-LEDs)因其高效率和緊湊的設計而有望取代傳統燈具。由Cr³⁺和Cr⁴⁺激活的寬帶近紅外熒光粉在700到1700 nm的寬范圍內提供了顯著的研究興趣。

在這項工作中，我們合成了一系列具有寬帶NIR-I (Cr³⁺)和NIR-II (Cr⁴⁺)發射的Sc₂₍₁_−x)Ga_2xO₃: Cr³⁺/⁴⁺材料(x = 0−0.2)。我們觀察到，通過加入Ga³⁺離子，Cr³⁺的強度顯著增加(約77倍)。此外，我們的研究表明，能量轉移發生在Cr³⁺和Cr⁴⁺離子之間。給出了構型圖來闡明Cr³⁺和Cr⁴⁺離子在Sc₂O₃基體中的行為。我們還觀察到在20.2 GPa壓力下的相變，導致一個新的未知相，其中Cr³⁺發光表現出高度對稱的環境。值得注意的是，本研究提出了Sc₂₍₁_−x)Ga_2xO₃: Cr³⁺/⁴⁺中近紅外Cr⁴⁺發光的壓力誘導位移。相變前后的線性位移分別為83±3和61±6 cm⁻¹ /GPa。總的來說，我們的發現揭示了Sc₂₍₁_−x)Ga_2xO₃: Cr³⁺/⁴⁺材料的合成、發光特性、溫度和高壓行為。

本研究有助于對這些材料在高效近紅外光源和其他光學器件開發中的理解和潛在應用

改進近紅外光源

二、圖文導讀

圖1。（a）x=0−0.2的(de)SGOC的(de)XRD圖譜。（b）Sc2O3的(de)晶體結構。（c）Sc2O3中Sc1和Sc2位點的(de)協調環境。（d）Rietveld對x=0的(de)SGOC進行了改進。（e）x=0−0.2時SGOC的(de)晶格參數。（a）中的(de)星號符號表示Ga1.17Sc0.83O3雜質(zhi)相的(de)衍(yan)射峰。

圖2:室(shi)溫下（a）分別在800和1300 nm處觀察Cr3+和Cr4+時的PLE光(guang)譜，以及（b）在473（Cr3+）和980 nm處激發（直接Cr4+激發）時的歸一(yi)化(hua)(hua)PL光(guang)譜。（c）在473nm激發時的非(fei)歸一(yi)化(hua)(hua)室(shi)溫PL光(guang)譜。（d）Cr3+（點）和Cr4+（鉆石）排(pai)放的仲裁(cai)排(pai)放強度。（e，f）能量轉移機制的證據。

圖3。Cr K邊XANES光譜和（b）EXAFS光譜的(de)Cr K邊k2加(jia)權傅里(li)葉變換(huan)。

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圖4。SGOC中Cr3+和Cr4+發光的溫度依賴性。溫度依賴性發射光譜為（a）Cr3+在473nm處激發時和（b）Cr4+在980nm處激發時，x=0.10。（c）x=0和0.10時fwhm的溫度依賴性。（d）x=0和0.10時Cr3+和Cr4+的總排放強度。紫色圓圈和綠點分別表示x=0和x=0.10中的Cr4+。青色圓圈和紅色圓點分別表示x=0和x=0.10中的Cr3+。實線表示使用公式（4和5）對實驗數據的擬合。x=0.10時（e）Cr3+和（f）Cr4+離子的構型坐標圖。

圖5。SGOC中Cr3+和(he)Cr4+發光的壓(ya)(ya)力(li)依(yi)賴性(xing)，x=0.10。（a）473nm激(ji)發的Cr3+發射在不(bu)同(tong)壓(ya)(ya)力(li)下的歸一化RT發射光譜。（b）相(xiang)變(bian)后(hou)的Cr3+發光。（c）用980nm激(ji)發的Cr4+發射在不(bu)同(tong)壓(ya)(ya)力(li)下的歸一化RT發射光譜。（d）能(neng)量尺度(du)中與(yu)壓(ya)(ya)力(li)相(xiang)關的排放變(bian)化。（e）相(xiang)變(bian)前Cr3+和(he)Cr4+離子選定能(neng)級的壓(ya)(ya)力(li)依(yi)賴性(xing)示意圖。黑色實線和(he)灰(hui)色虛(xu)線與(yu)4 T2能(neng)級能(neng)量減少S有關?ω和(he)2S?ω、分(fen)別。

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