钽取代Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9压电陶瓷结构与性能的演化研究

为解决近红外(NIR)光源在夜视照明与非侵入检测中的性能瓶颈，研究人员通过Sc3+掺杂调控Ga2-xScxO3:Cr3+荧光粉的晶体场环境，成功实现发射光谱红移（FWHM达116 nm）、热猝灭性能提升及应力发光效应。所制备的pc-LED在300 mA电流下输出功率达874.2 mW，光电转换效率25%，穿透性测试表明其可穿透塑料板，为生物成像与防伪领域提供高效光源解决方案。

　　

在军事侦察、生物监测和医疗成像等领域，近红外(NIR)光源因其穿透性强、无可见光干扰等特性成为研究热点。然而，现有NIR荧光粉面临发射谱窄、热稳定性差、量子效率低等瓶颈，严重制约pc-LED（荧光粉转换型发光二极管）的实际应用。传统Cr³⁺激活材料如KZnF₃需还原气氛制备，工艺复杂且易引入杂质，而Ga₂O₃:Cr³⁺虽制备简便却发射谱过窄。如何通过材料设计实现宽谱、高效、稳定的NIR光源，成为亟待突破的科学难题。

浙江大学的研究团队在《Materials Today Communications》发表研究，创新性地采用Sc³⁺离子部分取代Ga₂O₃中的Ga³⁺位点，成功合成Ga_1.97-xSc_xO₃:0.03Cr³⁺系列荧光粉。通过高温固相法、X射线衍射(XRD)结构分析和荧光寿命测试等技术，系统研究了Sc³⁺掺杂对晶体场环境及发光性能的调控机制。

晶体结构与形貌
XRD证实所有样品均保持β-Ga₂O₃单相结构，Sc³⁺取代未引起杂相生成。随着Sc³⁺含量增加，晶格膨胀导致Cr³⁺吸收带红移，为后续光谱调控奠定结构基础。

光学性能调控
Sc³⁺的引入使Cr³⁺的⁴A₂→⁴T₂跃迁发射峰从713 nm红移至800 nm，FWHM扩展至116 nm，远超未掺杂样品（约60 nm）。变温荧光测试显示x=0.2样品在150℃时发光强度保持室温的85%，显著优于商用NIR荧光粉。

器件应用验证
封装后的pc-LED在300 mA驱动电流下实现874.2 mW的NIR输出，穿透1 cm厚塑料板后仍可清晰成像。人体手掌红外成像与防伪测试表明，该光源在生物识别与安全加密领域具实用价值。

该研究通过晶体场工程策略，首次实现Sc³⁺掺杂对Ga₂O₃:Cr³⁺荧光粉发射特性的精准调控，突破传统NIR材料"宽谱与高效不可兼得"的困境。所开发的荧光粉无需还原气氛制备，工艺简洁且性能稳定，为便携式NIR设备提供核心材料支撑。未来通过优化Sc³⁺掺杂浓度与基质组分，有望进一步拓展其在动态生物监测与智能传感中的应用边界。