通过低温退火实现溅射ITO透明导电电极中氧空位与掺杂剂激活的双重调控

《Journal of Alloys and Compounds》：Dual modulation of oxygen vacancies and dopants activation in sputtered ITO transparent conductive electrodes via low-temperature annealing

近红外长余辉磷光体Li+掺杂改性提升性能及其机制研究，通过Li+替代Mg2+优化Ca3Mg1-xLixSnGe3O12:0.0005Cr3+结构，实现15小时超长余辉和两倍亮度增强，建立紫外激发-导带电子捕获-深陷阱热释放机制模型，拓展至生物组织穿透成像与动态信息加密应用。

　　这项研究聚焦于一种新型的近红外（NIR）长余辉发光材料，即掺杂Cr3?的Ca?Mg???Li?SnGe?O??材料。通过引入Li?离子取代Ca?MgSnGe?O??中的Mg2?，研究人员成功获得了具有显著长余辉特性的发光材料。这种材料的余辉时间超过了15小时，余辉亮度比未掺杂Li?的材料提高了两倍。这一成果为该材料在生物医学、食品检测和追踪标记等领域的应用提供了坚实的基础，并展示了其潜在的商业价值。

长余辉发光材料是一种特殊的能量存储材料，其特性在于在停止激发后仍能维持较长的发光时间，从几秒到几天不等。这些材料能够发出可见光和近红外光，因此在许多应用领域中具有重要价值。近年来，随着对食品检测、生物医学等领域的关注增加，近红外长余辉材料的研究也逐渐升温。然而，与蓝绿光长余辉材料相比，目前近红外长余辉材料的研究仍不够深入，且在实际应用中存在一定的局限性。

蓝绿光长余辉材料由于其在可见光范围内的发光特性，已经被广泛应用于荧光表盘和应急通道等场景。而近红外长余辉材料则因其在生物医学中的应用优势，如快速响应、高灵敏度、可重复性、非放射性、高信噪比以及良好的组织穿透能力，被用于生物组织成像和追踪标记等领域。然而，现有的近红外长余辉材料通常只能维持几秒钟到几分钟的余辉时间，这限制了其在某些复杂应用中的使用。

为了克服这一问题，研究人员开发了一种基于Cr3?的近红外长余辉材料，其具有优异的余辉性能。Cr3?离子具有独特的[Ar]3d3电子结构，相较于稀土离子（如Pr3?、Nd3?、Sm3?），Cr3?的发光效率更高，发光波长范围更广，且其吸收特性与商用GaN芯片相匹配。这使得Cr3?成为一种理想的近红外发光中心。此外，Cr3?激活的镓酸盐材料在近红外长余辉性能方面表现出色，具有更高的信噪比、消除了自荧光和加热效应，并在体内长期生物成像中展现出巨大潜力。

研究人员在实验中采用高温固态法合成Ca?MgSnGe?O??:Cr3?/Li?材料。通过精确计算和称量原料（如CaCO?、MgO、SnO?、GeO?、H?BO?、Cr?O?和LiCO?），并将其研磨30分钟，随后在空气中高温烧结6小时，冷却至室温后进一步研磨成粉末，最终获得了所需的磷光材料。这一合成过程不仅确保了材料的均匀性和稳定性，也为后续性能测试和机理分析提供了良好的基础。

通过研究XRD图谱精修数据、SEM和XPS数据，研究人员对材料的晶体结构和成分分布进行了详细分析。结果表明，Li?的引入并未导致新的发光中心的产生，而是通过调节陷阱结构，提高了材料的余辉性能。这种调控机制基于紫外光激发，使Cr3?离子跃迁至激发态，随后电子通过导带被捕获至浅陷阱。在停止激发后，电子由于热振动和弛豫过程，从深陷阱释放回导带，产生瞬时强余辉；同时，部分电子通过浅陷阱的隧穿效应缓慢释放，从而形成弱而持久的余辉。

研究还表明，这种材料在生物组织穿透实验和生物标记中表现出良好的应用前景。由于其优异的组织穿透能力和长时间的余辉特性，该材料有望用于体内生物成像和动态信息加密等高要求的应用场景。此外，该研究首次将长余辉材料应用于深组织成像和信息加密领域，为NIR-PersL（近红外长余辉）材料的多功能应用建立了新的范式。

在总结中，这项研究不仅揭示了NIR长余辉发光材料的机理，还通过优化材料的成分和结构，显著提升了其性能。研究人员通过系统的实验和理论分析，证明了Li?的引入对调节陷阱结构和增强余辉性能的有效性。这一成果不仅为材料科学领域提供了新的研究方向，也为实际应用中的生物医学和信息加密技术带来了重要的突破。

总的来说，这项研究展示了Cr3?掺杂近红外长余辉材料在多个领域的应用潜力。通过引入Li?离子取代Mg2?，研究人员成功提高了材料的余辉时间与亮度，为材料的进一步优化和应用提供了新的思路。同时，该研究还强调了材料科学在实际应用中的重要性，特别是在生物医学、信息加密和追踪标记等高技术需求的领域。这些材料的开发不仅有助于推动相关技术的进步，也为未来的科学研究和工业应用提供了新的可能性。