蓝光激发零热猝变近红外石榴石荧光粉CaY2 Sc2 Al2 SiO12 :Cr3+ /Yb3+ 的pc-LED应用突破

针对近红外(NIR)荧光粉热稳定性差的难题，研究人员通过Cr3+ /Yb3+ 共掺杂策略，开发出新型石榴石结构荧光粉CaY2 Sc2 Al2 SiO12 (CYSASO)，在303-423K实现零热猝变，内量子效率(IQE)提升至71.49%，所制备的pc-LED器件在1000mA驱动下输出功率达123.01mW，为夜视成像提供高效光源解决方案。

　　

在夜视成像、生物检测等领域，近红外(NIR)光源的需求日益增长。传统卤素灯和激光器存在体积大、效率低等缺陷，而基于荧光转换的LED(pc-LED)因其小型化、可调光谱等优势成为理想替代方案。然而，制约其发展的核心瓶颈在于Cr³⁺
掺杂NIR荧光粉普遍存在的热猝变现象——高温下发光强度急剧衰减，这直接限制了器件的实际应用性能。

为解决这一难题，国内研究人员通过创新性设计石榴石结构宿主材料CaY₂
Sc₂
Al₂
SiO₁₂
(CYSASO)，并采用Cr³⁺
/Yb³⁺
共掺杂策略，成功开发出具有零热猝变特性的新型NIR荧光粉。相关成果发表在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》上，为NIR光源的热稳定性问题提供了突破性解决方案。

研究采用高温固相法合成材料，通过X射线衍射(XRD)验证晶体结构，结合变温光致发光(PL)光谱和量子效率测试系统评估性能。关键发现包括：

Results and discussion

1. 结构表征显示所有掺杂样品均保持纯相石榴石结构，Sc³⁺
   位点被Cr³⁺
   取代，Y³⁺
   位点被Yb³⁺
   取代，未引起晶格畸变。
2. 在450nm蓝光激发下，CYSASO:1%Cr³⁺
   的发射光谱覆盖600-1200nm，添加7%Yb³⁺
   后IQE从61.62%提升至71.49%。
3. 温度依赖性测试表明，CYSASO:1%Cr³⁺
   /7%Yb³⁺
   在303-423K范围内实现零热猝变，归因于Yb³⁺
   的²
   F_5/2
   →²
   F_7/2
   跃迁有效抑制了Cr³⁺
   的非辐射弛豫。

Conclusions
该研究通过精准的离子掺杂调控，首次在石榴石体系实现宽温域零热猝变NIR发光。所构建的pc-LED器件在20mA驱动下光电转换效率达5.95%，1000mA时输出功率突破123.01mW，创同类器件性能新高。这一成果不仅为NIR荧光粉设计提供了新宿主材料范式，更推动了夜视技术、生物医学检测等领域的器件革新。

研究的重要意义在于：

1. 揭示了Yb³⁺
   通过简化能级结构抑制热猝变的物理机制
2. 开辟了石榴石结构在NIR荧光材料中的新应用方向
3. 为高性能pc-LED的产业化提供了可靠的材料基础