超宽谱近红外LED实现快速无损结构检测

香港城市大学王锋教授团队通过调控过渡金属-稀土离子间能量传递过程，首次报道了一种具有高量子效率、超大半峰宽以及高热稳定性的新型双钙钛矿近红外荧光粉La₂MgHfO₆:Cr³⁺/Yb³⁺，其在快速无损结构检测方面表现出优越的性能。

近红外荧光转换型发光二极管（NIR pc-LED）凭借其发光效率高、宽谱输出、结构紧凑、寿命长、电能消耗低等优势，在安全监测、食品安全、现代农业、夜视、医疗诊断等领域展现出了巨大的应用潜力。NIR pc-LED的器件性能直接由近红外荧光粉决定，因此开发与蓝色LED芯片匹配良好的高效近红外宽谱发光材料至关重要。然而，目前报道的近红外发光荧光粉仍然存在发光效率低、半峰宽窄、热稳定性差等不足，同时其发射光谱在950 nm以后存在明显缺失，一定程度上限制了其在市场中的商业化。

针对上述问题，香港城市大学王锋课题组和河北大学索浩博士首次报道了一种新型双钙钛矿荧光粉La₂MgHfO₆:Cr³⁺/Yb³⁺，其展现出了热稳定性优异的高效近红外宽谱发射。相关结在线果发表在Laser & Photonics Reviews上。

该研究团队采用传统高温固相设计合成了双钙钛矿荧光粉La₂MgHfO_6，它具有两个八面体格位(Mg和Hf)和一个十二面体格位(La)供Cr³⁺和Yb³⁺占据。基于Rietveld结构精修和第一性原理计算，研究人员证明Cr³⁺离子倾向于同时取代具有较低晶体场强度的[MgO₆]和[HfO₆]六面体，这种多格位发光有利于实现超宽谱近红外发射。通过调控Cr³⁺→Yb³⁺间能量传递过程大幅度提高了近红外发光的内/外量子效率、半峰宽以及热稳定性，分别达到69%/18.4%，333 nm以及81.6%@423K。研究人员进一步将该荧光粉与蓝光LED芯片结合制备成小型近红外发光二极管，展示了优异的光电转换特性。该器件可以作为近红外光源可以用于夜视照明和生物穿透成像，同时它在在快速无损结构检测方面也表现出优越的性能。该工作为设计宽带近红外发射荧光粉提供了一种新颖的切入点，在工业检测和医疗诊断等实际应用方面具有指导意义。