五邑大学&华南理工《AOM》：近红外发光二极管取得重要进展！

2022-10-21 18:42:49, 材料科学与工程

近红外磷光体转换发光二极管（NIR pc LED）在无损检测、生物成像和现代农业中有着广泛的应用前景。然而，开发高效、热稳定性好的自激活近红外荧光粉是当前研究的一大挑战。

来着五邑大学和华南理工大学的专家们采用简单的高温法制备了一种自激活的远红色NaLaMgWO6荧光粉，并对其发光特性进行了详细的研究。此外，引入Bi³⁺离子作为敏化剂，通过Bi³⁺增强远红光对近红外光（650-850nm）的发射，使内部量子效率（IQE）从56.4%提高到64.8%，热稳定性从54%提高到72%（420 K）。最后，将NaLaMgWO6:Bi3+与商用LED芯片结合制备成NIR pc LED器件，在夜视检测和其他广泛的实际应用领域表现出令人满意的性能。相关论文以题目为“Self-Activated Tungstate Phosphor for Near-Infrared Light-Emitting Diodes”于发表在Advanced Optical Materials 期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adom.202201718

近红外荧光粉转换发光二极管（NIR pc LED）是一种基于近红外光谱的新型固态近红外光源，可用于近红外光谱中的物质测量。与传统的近红外白炽灯和荧光灯相比，近红外聚碳酸酯LED具有效率高、体积小、成本低、耐久性好、工作电压低等优点。其中，近红外pc LED光源是近红外微型化和集成化的关键技术。目前，远红色到近红外荧光粉已用于商业应用，但有许多缺点：例如，化学不稳定的硫化物容易水分分解；诸如CaAlSiN3和Sr2Si5N8等氮化物是在高压和还原气氛的苛刻条件下合成的，不适合商业定量生产。其中，宿主是实现高亮度远红色到近红外发光的主要因素，因此越来越有必要寻找易于制备且具有稳定物理化学性质的新的自激活宿主。同时，使用Eu3+、Ce3+和Bi3+离子作为氧化物和氮化物晶格中的发光中心可以导致更高的量子效率。

到目前为止，对近红外pcLED用远红外到近红外荧光粉的研究已经从硫化物、氮化物和氧化物到氧化盐，例如磷酸盐、钒酸盐和钨酸盐。其中，这些系统中的硫化物发光效率低，耐化学性差，并且总是伴随着SO₂有毒气体，氮化物具有良好的光学和热稳定性，但需要相对昂贵的原料，需要在高温高压下还原气氛下制备，使得合成条件相对苛刻。其中，钨酸盐荧光粉是一种良好的自激活发光材料，因为[WO6]基团中的电荷从O2–转移到W6+，在紫外（UV）到蓝绿色区域具有有效的宽带吸收带，显示出优异的化学稳定性和优异的发光效率。因此，钨酸盐基自激活荧光粉已成为当前远红外到近红外荧光粉研究的热点。（文：爱新觉罗星）

图1.a）NaLaMgWO₆磷光体XRD数据的精修结果；b）从b轴方向看Na⁺、La³⁺、Mg²⁺和W⁶⁺阳离子的晶体结构和配位环境的示意图。c、d）NaLaMgWO6晶体颗粒的SEM图像；e）NaLaMgWO6样品代表颗粒的Na、La、Mg、W和O元素分布。

图2.分别用365 nm和460 nm芯片封装的a–d）NaLaMgWO₆磷光体和e–h）NaMgLa_0.96WO₆:0.04Bi3+荧光粉封装LED器件的EL光谱，驱动电流在20–320 mA范围内变化。

图3.a、b）NaLaMgWO₆和NaLa_0.96MgWO₆:0.04Bi3+荧光粉在不同驱动电流下分别与365nm和460nm芯片封装LED器件的发光积分强度和高度强度对比图；c）可见光相机在自然光下拍摄的图像，以及近红外相机在近红外LED灯下d）关和e）开时拍摄的图像；f）不同工作时间下3 V的pc LED设备的热图像。