上海光機(jī)所在寬帶近紅外熒光玻璃研究方面取得進(jìn)展

2025-04-08 11:13:55中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所閱讀量：2247      我要評論

　　近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部研究團(tuán)隊在新型近紅外熒光硼酸鹽玻璃材料研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Broadband near-infrared luminescence of impurity Fe3+ in borate glass: a promising material for glass-converted light-emitting diodes”為題，發(fā)表于Ceramics International。

　　隨著科技的進(jìn)步，近紅外(NIR)發(fā)光材料在醫(yī)療成像、夜視技術(shù)以及無損檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，現(xiàn)有的NIR發(fā)光材料在發(fā)光效率和波長范圍上仍存在局限性，尤其是在需要寬帶NIR發(fā)光的應(yīng)用中。傳統(tǒng)的NIR材料往往依賴于稀土元素，這不僅成本高昂，而且資源有限。因此，開發(fā)一種高效、低成本且具有寬帶NIR發(fā)光特性的新型材料成為了當(dāng)前研究的熱點。

　　本研究提出了一種通過改變Fe³?配位場對稱性來有效增強(qiáng)其近紅外寬帶發(fā)光的新策略。研究團(tuán)隊在還原氣氛中制備了摻雜氟(F)或硫(S)的硼酸鹽玻璃，并在約360 nm的近紫外(NUV)激發(fā)下，觀察到了500-1150 nm波長范圍內(nèi)的寬帶NIR發(fā)光。發(fā)射峰值波長約為740 nm，半高寬為225 nm，平均壽命為數(shù)百微秒。結(jié)合光致發(fā)光(PL)、吸收(Abs)和電子順磁共振(EPR)光譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)這種NIR發(fā)光源于玻璃中與F?或S²?配位的四面體雜質(zhì)Fe³?。F和S的存在改變了Fe³?中心的局部配位對稱性，導(dǎo)致d電子分裂增加，從而增強(qiáng)了d→d躍遷的發(fā)光。此外，研究團(tuán)隊還開發(fā)了一種NIR gc-LED器件，通過將NIR熒光玻璃與365 nm近紫外LED耦合，實現(xiàn)了無損內(nèi)部檢測、人體手指血管的無損成像以及夜視功能。

　　這項研究不僅為NIR發(fā)光材料的設(shè)計提供了新的思路，還展示了硼酸鹽玻璃在NIR發(fā)光應(yīng)用中的巨大潛力。與傳統(tǒng)的稀土基NIR材料相比，這種基于Fe³?的玻璃材料成本更低、資源更豐富，且具有優(yōu)異的發(fā)光性能。該透明玻璃材料的成功開發(fā)，不僅豐富了新型NIR材料的種類，還為低成本、高效能的NIR發(fā)光材料的開發(fā)提供了重要的理論和實驗依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。有望進(jìn)一步應(yīng)用于醫(yī)療成像、夜視技術(shù)以及無損檢測等領(lǐng)域。

　　相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金項目的支持。

　　圖1 (a)硼酸鹽玻璃樣品的實物圖。(b)NIR gc-LED進(jìn)行手部靜脈成像的示意圖。(c)近紅外相機(jī)獲取的手部靜脈成像(d)近紅外相機(jī)拍攝的放置于紙后的剪刀。(e)被紙遮擋的裝有酒精的PET塑料瓶近紅外透射成像。(f)裝有二氧化硅粉末的氧化鋁坩堝近紅外透射成像。插圖為日光燈下可見相機(jī)捕獲的實物圖。

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