近红外光（NIR）因其在化学、制药、食品等领域的广泛应用，引起了人们极大的研究关注。其中700-900nm（称为NIR-I）和1000-1700nm（称为NIR-II）范围内的近红外光因具有良好的组织穿透能力，在无损检测、食品加工、夜视技术等方面具有广阔的应用前景。近年来，具有低成本、高效率和结构紧凑等优势的近红外荧光转换型LED（pc-LED）有望逐步取代钨卤灯和激光二极管等传统近红外光源。
近红外pc-LED通常由蓝光LED芯片和近红外荧光材料组成。因此，近红外荧光材料的性能优劣决定了近红外pc-LED的性能。食品中的有机元素对光的吸收和反射分别落在蓝色和近红外区域。例如，有机化合物中C-H、O-H和N-H键的振动吸收分别出现在920、980和1086nm左右。这些振动吸收可以分析食物或生物组织的成分，因此，近红外光源的光谱范围越宽，检测到的物质信息越多。Cr3+能够有效吸收紫外线和蓝光，并发射宽带近红外光，这使其成为近年来研究最广泛的宽带近红外荧光材料的激活离子。然而，目前报道的大多数Cr3+激活的近红外荧光粉发射峰低于1000nm，波长大于1000nm光谱区域的发射强度非常低，这就要求研究者开发具有超宽带和长波长发射峰的NIR荧光材料来提高光谱分析技术的精度和广度。
针对这一问题研究人员设计了新型Cr3+掺杂LiInGeO4荧光材料。不同于以往报道的Cr3+离子多位点占据发光，在LiInGeO4基质中，蓝光激发下，单一晶格位点占据的Cr3+呈现长波长的发射峰值（1165nm）和超大半峰宽（305nm）,该材料的发射光谱同时覆盖了整个NIR-I和NIR-II。同时通过设计连续固溶体LiIn1-zSczGeO4/(LiIn)1-yMg2yGeO4和有限固溶体(LiIn)1-yZn2yGeO4实现了700nm ~ 1600nm的可调近红外发光和305 ~ 508nm的半峰宽扩展。
该工作首次实现了Cr3+激活近红外荧光材料在如此广泛范围内的调控及超宽的近红外发光。该荧光材料补充了宽带发射的近红外发光材料数据库，并为开发可调谐近红外荧光材料提供了一种有效的方法。
相关工作以“Super broadband near-infrared solid solution phosphors with adjustable peak wavelengths from 1165 to 875nm for NIR spectroscopy applications”为题，发表在 Advanced Optical Materials上。文章第一作者为山东大学博士研究生黄帅和硕士研究生颜雨，通讯作者为山东大学尚蒙蒙教授，共同通讯作者为中科院长春应用化学研究所林君研究员。
研究创新点团队设计开发了蓝光芯片激发的半峰宽达305nm的超宽带近红外LiInGeO4:Cr3+荧光材料，并通过设计连续固溶体 LiIn1-zSczGeO4/(LiIn)1-yMg2yGeO4和有限固溶体(LiIn)1-yZn2yGeO4，首次实现了Cr3+发射峰值在1165nm到875nm范围内的连续可调和半峰宽从305nm到508nm的扩宽。如此宽的光谱范围和峰值可调的光谱性质使其在光谱检测领域具有巨大的潜在应用前景。
论文信息：
DOI: 10.1002/adom.202202291
（文章来源： AdvancedScienceNews）
