Ni2+掺杂Sr2ScTaO6双钙钛矿材料的超宽带近红外发光特性及其多领域应用研究

本研究针对传统成像技术分辨率低、成本高等问题，开发了一种新型Ni2+掺杂Sr2ScTaO6双钙钛矿近红外（NIR-II/NIR-III）荧光粉。通过多格位占据策略实现1100-1700 nm超宽带发射（FWHM达254 nm），量子效率达49.23%，并成功集成420 nm蓝光芯片，在生物成像、防伪等领域展现应用潜力。

　　

论文解读

在医学诊断和工业检测领域，传统成像技术如X射线、MRI等面临辐射风险、分辨率受限等挑战。近红外（NIR）光谱技术因其非侵入性、高穿透性等优势成为研究热点，但现有荧光材料存在发射带窄（如稀土离子）、效率低等问题。特别是NIR-II（1000-1350 nm）和NIR-III（1300-1700 nm）波段材料更少，制约了深层组织成像等应用。

针对这一瓶颈，中国计量大学Degang Deng团队在《Applied Materials Today》发表研究，创新性地采用双钙钛矿Sr₂ScTaO₆作为基质，通过Ni²⁺离子同时占据[ScO₆]和[TaO₆]两种八面体格位，成功制备出覆盖NIR-II至NIR-III波段的超宽带荧光粉。该材料在420 nm蓝光激发下发射范围达1100-1700 nm，半高宽（FWHM）创纪录地达到254 nm，内量子效率（IQY）高达49.23%，且373 K下仍保持45.65%的发光强度。

关键技术方法
研究采用高温固相法合成Sr₂ScTaO₆:xNi²⁺系列样品，通过X射线衍射（XRD）和精修验证晶体结构，结合荧光光谱、变温光谱等表征光学性能，最终将荧光粉与商用蓝光芯片集成构建pc-LED器件。

研究结果

结构分析
XRD精修显示Ni²⁺掺杂未改变双钙钛矿立方相结构（空间群Fm-3m），但导致晶格收缩。键价计算证实Ni²⁺优先占据Sc³⁺位点，而电子顺磁共振（EPR）揭示其同时存在于Ta⁵⁺位点，形成[NiO₆]八面体畸变。

光学性能
激发光谱显示材料可被紫外-蓝光（250-500 nm）有效激发。发射光谱呈现双峰特征（1270 nm和1441 nm），源于Ni²⁺在不同格位的³T₂(³F)→³A₂(³F)跃迁。浓度猝灭实验确定最佳掺杂量为3 mol%。

应用验证
组装的pc-LED器件成功用于有机化合物鉴别（如乙醇、丙酮的特征吸收峰检测）和纸币防伪标识识别，证实其在实际场景中的适用性。

结论与意义
该研究通过多格位占据策略突破了传统NIR荧光粉的带宽限制，创制出目前最宽带的Ni²⁺基荧光材料。其高量子效率、优异热稳定性以及与商用蓝光芯片的兼容性，为生物成像、无损检测等领域提供了新型光源解决方案。特别是覆盖NIR-III波段的特性，有望推动深层组织高分辨率成像技术的发展。Feifeng Huang等作者的工作为设计多功能光学材料提供了新思路，相关技术已申请中国发明专利。