摘要
近红外（NIR）光因其具有穿透性强、响应快速、无损伤检测等优点，已广泛应用于食品检测、人脸识别、安防监控和无人驾驶和农业多个领域。然而，要实现这些场景的广泛应用，亟需开发具有小型化、响应快的高效、宽带近红外光源。荧光粉转换的近红外LED（NIRpc-LED）相较于传统的近红外光源具有体积小、寿命长、成本低、发光效率高、光谱可调等优点，成为近年来研究的热点。然而，尽管已有多种类型的近红外荧光粉已被报道，但依旧缺乏高蓝光吸收效率、长波长宽带发射的近红外荧光粉。为了解决此问题，本文选择化学稳定性高、原料价格低廉、合成温度低、及结构松散的磷酸盐结构为基质，给Cr3+离子提供弱晶体场环境，实现了长波高效的宽带近红外发射。主要研究内容和结果如下： （1）通过高温固相法合成一种新型高效的磷酸盐GaP3O9:Cr3+近红外荧光粉。GaP3O9基质中的Ga1O6八面体的晶体场环境较弱，Cr3+离子在该基质中实现650-1200nm宽带发射；在450nm蓝光激发下，该荧光粉实现了宽带近红外发射（半高宽FWHM=140nm），发射峰位于830nm，且具有较高内/外量子效率（IQE/EQE）56.55%/28.38%。最后，将荧光粉与蓝光芯片结合封装的pc-LED在320mA电流下的输出功率为71.732mW,光电转换效率为7.35%。利用制作的pc-LED光源实现了对手掌血管分布的清晰成像，验证了GaP3O9:Cr3+近红外荧光粉在生物成像的应用潜力。 （2）成功合成了一系列AlP3O9:xCr3+(x=0.02-0.12)近红外荧光粉。随着合成温度由550℃逐渐升温至950℃，AlP3O9物相逐渐由α相转变为γ相；通过控制物相的转变，实现Cr3+离子在AlP3O9同分异构体中发光性能的调控。随着物相由α→γ→β变化，在450nm蓝光激发下荧光粉发射峰分别为767nm、780nm、820nm，半峰宽分别为110nm、120nm、138nm。与其他两种物相的发射光谱对比，α相的AlP3O9:Cr3+荧光粉的发光强度表现最佳，IQE、EQE值分别为61.2%和36.47%，蓝光吸收效率为59.2%。在423K下的发光积分强度为室温下的73.2%，表现出较好的热稳定性。利用该荧光粉与450nm的蓝光芯片结合制作的pc-LED的器件性能优异，在驱动电流为120mA时，该器件的近红外输出功率高达58.473mW，光电转换效率保持在16.95%。上述结果表明AlP3O9:Cr3+荧光粉在NIRpc-LED领域具有应用前景。
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