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高效稳定的Cr3+离子激活石榴石型宽带近红外荧光粉的发光特性及应用研究

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近红外荧光粉转换型发光二极管(NIR pc-LEDs)作为一种紧凑型光源,在近红外光谱技术领域具有广泛的应用前景.然而,开发高效稳定的近红外荧光粉一直面临巨大挑战.本研究报道了一种高效且热稳定优异的Cr3+离子激活Gd3Ga5O12(GGG∶Cr)石榴石近红外荧光粉.在450 nm蓝光激发下,其近红外发射覆盖620～1 100 nm范围,最高峰位于740 nm,半高宽为97 nm,内量子效率达54.6%.同时,该荧光粉表现出优异的热稳定性,即在425 K温度时,其近红外发射光谱积分强度为室温的106%(106%@425 K),呈负热猝灭特性.此外,通过Nd3+-Yb3+稀土离子共掺策略,成功实现了材料近红外发射谱带的有效拓宽和热稳定性增强(115%@425 K).最后,将目标材料与蓝光芯片结合,封装成近红外LED器件,在320 mA电流驱动下,近红外最大输出功率可达55.5 mW,光电转换效率约为6%.以上结果表明,GGG∶Cr,Nd,Yb石榴石荧光粉是一种潜在的高功率近红外LED光源用近红外发光材料.
Highly Efficient and Thermally Stable Cr3+-activated Garnet Phosphors for Application in Broadband NIR pc-LEDs
Broadband near-infrared(NIR)light sources based on NIR phosphor-converted light-emitting diodes(NIR pc-LEDs)are desirable for NIR spectroscopy applications,while desiring thermally stable NIR phosphors has posed a great challenge.Herein,we report a comprehensive study into the synthesis,structural,and photolumines-cence properties of Cr3+-activated Gd3Ga5O12 garnet phosphors with high efficiency and superior thermal stability.Up-on 450 nm excitation,it produces a broadband NIR emission in the 620-1 100 nm range with a maximum at 740 nm and a FWHM of 97 nm.Remarkably,the Gd3Ga5O12∶0.12Cr3+ phosphor exhibits high internal quantum efficiency of 54.6%and outstanding thermal stability(106%@425 K).Furthermore,spectral broadening and thermal stability enhancement are achieved by the codoping of Nd3+/Yb3+ via efficient energy migration between Cr3+ and Nd3+/Yb3+ ions.Lastly,an NIR pc-LED device fabricated using as-prepared phosphors yields a high NIR output power of 55.5 mW under 320 mA input current,demonstrating their potential application in high-power NIR pc-LEDs.

chromiumbroadband NIRgarnet structurethermal stabilityNIR pc-LEDs

卜庆州、汪永杰、李东朔、严应菊、常瑛、相国涛、周贤菊

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重庆邮电大学 理学院,重庆 400065

铬 宽带近红外 石榴石结构 热稳定性 近红外LED

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2024

10.37188/CJL.20240016

发光学报
中国物理学会发光分会,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

发光学报

CSTPCD北大核心
影响因子：1.301
ISSN：1000-7032
年,卷(期)：2024.45(4)
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