英文原题：Shortwave Infrared Luminescence of Tetravalent Chromium and Divalent Nickel: Phosphor Design Principles and Applications

通讯作者：魏大华(Da-Hua Wei)教授，台北科技大学机械工程系

张合(Ho Chang)教授，明新科技大学半导体与光电科技系

刘如熹(Ru-Shi Liu)教授，台湾大学化学系

作者：Veeramani Rajendran (韦拉马尼•拉金德伦)，Wen-Tse Huang (黄文泽)，Kuan-Chun Chen (陈冠群) 

背景介绍

短波红外光（Shortwave Infrared，900-1700 nm）光源是众多应用领域中不可或缺的组件，涵盖夜视、光通信、防伪、光谱学、生物影像等应用。现有的传统光源（钨卤素灯、超连续激光与半导体发光二极管）体积庞大，对电力需求高、光谱稳定性差与效率低，导致它们在现代小型化红外光设备中不受青睐。另一方面，因为荧光粉转换发光二极管（Phosphor-Converted Light-Emitting Diode; pc-LED）具有低成本、体积小巧、节能与易调控的优点，近期荧光粉转换红外光发光二极管技术已成为短波红外光源的新选择。因此，开发具有广泛应用前景的短波红外光荧光材料是至关重要且迫切的。

文章亮点

近期，台湾大学刘如熹教授团队于ACS Applied Optical Materials上发表了掺杂四价铬离子与二价镍离子短波红外线荧光粉的设计原则与相关应用的文献综述文章。藉结晶场理论与田边-菅野图解释能阶分裂的现象，并基于四价铬离子与二价镍离子掺杂的荧光粉进行光谱调控策略的统整与结构设计的归纳。

图1. 掺杂Cr4+与Ni2+短波红外光荧光粉设计与调控策略示意图。

Cr4+与Ni2+分别位于四面体与八面体配位环境中可放射900-1700 nm的短波红外光。藉由二价阳离子掺杂作为电荷补偿剂，有助于Cr3+转化为Cr4+。添加助熔剂与提供氧化环境的烧结条件亦可增强Cr4+离子浓度。此外，透过阳离子取代策略得调节Cr4+与Ni2+的放射峰位置，且藉由局部结构的调控、结晶度高低、能量传递路径等策略亦可提升短波红外光强度。

图2. 石榴石结构之离子半径与Cr4+放光波峰位置关系变化图。

总结/展望

刘教授团队介绍能阶分裂的原理与归纳提高短波红外线放光的策略，亦介绍短波红外线荧光粉于相关领域的应用潜力，本文提供关于Cr4+与Ni2+掺杂短波荧光粉的最新进展与发光机制的相关信息，提供该领域研究人员开发下一世代短波红外线荧光粉与探索新应用领域的新思维。

相关论文发表在ACS Applied Optical Materials上，台北科技大学博士研究生韦拉马尼•拉金德伦为文章的第一作者，魏大华、张合与刘如熹教授为通讯作者。

通讯作者信息

魏大华 教授

台北科技大学机械工程系教授，其研究领域为磁电材料及组件开发、光电组件效能增进与开发、生物检测组件及热疗技术、功能性数据储存媒体应用、半导体（零维−二维）材料及组件开发、绿能及电池能源材料开发与低维度奈微米结构设计及制造。

张合 教授

明新科技大学半导体与光电科技系教授，其研究领域为医工装置与器械设计开发、智能型生化感测试片开发、管道式机器人研发、锂电池与荧光材料开发、高强度正交异向性高分子材料研制。

刘如熹 教授

台湾大学化学系特聘教授，其专长主要为以材料化学核心技术为基础，发展具可应用于光转换为光、电与热之新材料，其将分别用于光电、能源与生医。

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ACS Applied Optical Materials. 2023, ASAP

Publication Date: January 27, 2023

https://doi.org/10.1021/acsaom.2c00182 

Copyright © 2023 American Chemical Society

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Editor-in-Chief: 

Kirk S. Schanze, 

University of Texas

Deputy Editor:

Elena Galoppini

Rutgers University

– Newark

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