综述：具有新兴结构和机制的革命性近红外荧光粉推动下一代应用

本综述系统阐述了近红外（NIR）荧光粉从基础晶体场理论到前沿电荷转移过程的发展，重点分析了稀土元素与过渡金属等激活剂体系，揭示了通过位点工程、阳离子取代及能量传递机制调控的结构-性能关系。文章总结了在实现高内量子效率（IQE）和宽带发射（特别是NIR-II区）方面的突破，并展望了其在高功率激光二极管光源和生物医学应用等领域的未来机遇。

　　

近红外（NIR）光，特别是覆盖NIR-I（650–950 nm）、NIR-II（1000–1350 nm）和NIR-III（1500–1850 nm）生物窗口的光，因其高组织穿透性、低散射和优异的生物相容性，已成为新一代光电器件的关键组成部分。本文旨在回顾近红外荧光粉在结构、发光机制及应用方面的演变历程。

发光基础

近红外荧光粉的发光特性，如发射波长、光谱轮廓和强度，深受其主体结构、配位环境和激活剂掺杂浓度的影响。其发光机制涵盖从经典的晶体场理论到更为复杂的价间电荷转移（IVCT）过程。对晶体场强度、电子云重排效应（nephelauxetic effect）和能量传递过程的深入理解，是合理设计高性能荧光粉的基石。其中，Cr³⁺由于其易于调控的晶体场强度和适用于多种主体结构的理想离子半径，成为研究最广泛的激活剂之一。

NIR-I 荧光粉材料

NIR-I区的荧光粉在植物生长照明、安全系统和光谱分析等领域具有重要应用。该区域的光与有机官能团的特征振动吸收，特别是低信号的三倍频区域相匹配，使其在无损检测（如血氧监测）中表现出更高的光学穿透能力。通过精确的位点工程和阳离子取代，可以有效地调控Cr³⁺等激活剂的发射特性，以满足特定应用需求。

NIR-II 荧光粉材料

NIR-II区发射因其更深的组织穿透、更低的散射和更高的信噪比，在传感、无损食品分析、生物成像和生物检测等领域的需求日益增长。近年来，该领域研究取得了显著进展，尤其是在实现高内量子效率和宽带发射方面。通过能量传递策略，例如从一种激活剂到另一种激活剂（如Cr³⁺→Yb³⁺），可以有效地扩展发射范围并增强NIR-II区的发光性能。

NIR-III 荧光粉材料

NIR-III光在生物组织中的吸收和散射损失极低，散射系数范围在0.5至10 mm^-1，相较于NIR-I和NIR-II，具有更深的组织穿透深度、更低的散射和更高的成像分辨率等显著优势，因此在生物医学成像和光通信领域变得越来越重要。开发高效的NIR-III荧光粉是当前研究的重点和挑战。

植物生长光源

近红外荧光粉在农业领域展现出巨大潜力。例如，Ga₂O₃:Cr³⁺ NIR-I荧光粉的发射峰位于740 nm附近，内量子效率高达92.4%，对植物生长具有促进作用。利用Mg_3.5Ge_1.25Sn_0.75O₆:Mn⁴⁺荧光粉进行室内白菜栽培的光疗试验，也验证了近红外光照对植物生长的积极影响。

结论与未来展望

总而言之，近红外荧光粉的研究已经从基础发光原理成功转化为从农业照明到先进光通信的广泛应用。机器学习加速的发现方法如今能够为新荧光粉体系提供良好的预测准确性。未来的研究方向将聚焦于开发适用于高功率激光二极管光源的高稳定性、高效率荧光粉，并进一步拓展其在生物医学成像和治疗等领域的深度应用。