【摘 要】
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近红外（NIR）光谱技术在食品监测、生物成像、夜视等方面发挥着关键作用。为了实现快速、方便的光谱学应用,人们提出了微型近红外光源作为一种附加组件安装在智能手机或平板电脑产品中。近红外光源需要覆盖尽可能宽的波长范围才能检测更多的对象。近红外荧光转换（pc）LED是下一代智能和宽带近红外光谱技术微型光源的不二之选。但是,NIR荧光粉在低量子效率和发射带宽窄这一问题上面临着挑战。其关键就是研制出蓝光激发
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所
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近红外（NIR）光谱技术在食品监测、生物成像、夜视等方面发挥着关键作用。为了实现快速、方便的光谱学应用,人们提出了微型近红外光源作为一种附加组件安装在智能手机或平板电脑产品中。近红外光源需要覆盖尽可能宽的波长范围才能检测更多的对象。近红外荧光转换（pc）LED是下一代智能和宽带近红外光谱技术微型光源的不二之选。但是,NIR荧光粉在低量子效率和发射带宽窄这一问题上面临着挑战。其关键就是研制出蓝光激发下,高效、宽带发射的近红外荧光粉。本文通过选择具有较大带隙可以减弱Cr3+耦合作用的基质焦磷酸锂镓（Li Ga P2O7）,研究了一种新型Li Ga P2O7:Cr3+(LGAP:Cr3+)具有高外量子效率（EQE:28.3%）且近红外发射光谱半高宽（FWHM）为168 nm的NIR荧光粉。本论文还介绍了对Li Ga P2O7掺杂Cr3+离子制备工艺的优化,制备出同时满足高效、宽带发射的Li Ga P2O7:Cr3+近红外荧光粉,并对优化后的样品进行了深入研究,具体内容如下:1.首先研究了高温固相法制备荧光粉过程中预烧结,烧结温度、气氛、保温时间对荧光粉发光性能的影响。预烧结尽可能地减少了剧烈气体溢出对材料基质结晶度和成相的影响。烧结温度在制备发光材料的过程中合理地选择可以最大限度提升发光效率和发光强度。烧结气氛选择还原性气氛对Cr3+离子起到了保护作用,使其不会被氧化。合适的烧结保温时间使得发光效率和发光强度达到最优。最后确定了需要预烧结的高温固相法在5%H2和N2混合还原气氛825℃下保温10 h的最优方案,成功制备Li Ga P2O7:Cr3+系列荧光粉。2.利用优化方案制备了Li Ga1-xCrxP2O7（x=0.005-0.8）一系列近红外荧光粉。最佳发光性能的荧光粉Li Ga P2O7:12%Cr3+在450 nm蓝光激发下产生了700-1100nm的宽带近红外光发射,发光半高宽约为168 nm。得益于Li Ga P2O7:12%Cr3+独特和单一的八面体[Ga/Cr O6]位,Cr3+离子之间的相互作用非常弱,因此Li Ga P2O7:12%Cr3+的EQE高达28.3%。同时因为Li Ga P2O7带隙较宽使得荧光粉的热稳定性较磷酸盐其他体系更好。Li Ga P2O7:12%Cr3+的近红外发光带宽和效率性能在各种已报道的近红外荧光粉中处于较高水平。因此,结合了Li Ga P2O7:12%Cr3+荧光粉和蓝色LED芯片的制成微型NIR-pc LED器件,实现了28.10 m W@120m A的近红外发射,并在夜视成像技术中展示了应用潜力。本工作通过选择带隙较大的Li Ga P2O7基质,减弱Cr3+离子对Li Ga P2O7基质的耦合作用,性能比同型焦磷酸盐更好,同时本工作也为推动下一代智能近红外LED光源的发展做出了贡献。
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