新型Cr3+激活石榴石型近红外荧光粉SrLu2Ga1.5Al2.5SiO12:Cr3+的合成、发光特性及应用研究

为解决传统近红外光源效率低、稳定性差的问题，研究人员通过高温固相法成功合成新型Cr3+掺杂石榴石型荧光粉SLGASO:Cr3+。该材料在430 nm激发下呈现707 nm（R1线）和689 nm（R2线）的锐线发射及620-850 nm宽带发射，内量子效率（IQE）达90.3%，125℃下发光强度保持81%，且具有137天水浸稳定性。基于此制备的NIR pc-LED在农业照明与夜视领域展现应用潜力。

　　

在固态照明技术飞速发展的今天，近红外（NIR）光源因其在医疗诊断、食品检测、农业照明等领域的广泛应用而备受关注。然而，传统NIR光源如卤钨灯存在体积大、效率低、寿命短等缺陷，而现有Cr³⁺激活荧光粉又普遍面临热稳定性不足的瓶颈。如何开发兼具高量子效率、优异热/水稳定性的NIR荧光粉，成为推动NIR发光二极管（pc-LED）应用的关键挑战。

针对这一难题，中国的研究团队设计了一种新型石榴石型荧光粉SrLu₂Ga_1.5Al_2.5SiO₁₂:Cr³⁺（SLGASO:Cr³⁺）。石榴石结构以其宽带隙和高结构刚性著称，能为Cr³⁺提供理想的晶体场环境。研究人员采用高温固相法合成系列样品，通过X射线衍射（XRD）和里特沃尔德精修确认其纯相结构，结合光谱测试分析发光特性，最终制备出性能优异的NIR pc-LED器件。

关键实验技术
研究通过高温固相反应合成SLGASO:xCr³⁺（x=0-0.08）系列样品，以5% H₃BO₃为助熔剂。采用XRD和结构精修分析晶体结构，通过激发/发射光谱、变温荧光测试表征光学性能，使用积分球测定内量子效率（IQE），并开展长达137天的水浸稳定性实验。最终将优化后的荧光粉与450 nm蓝光芯片封装成NIR pc-LED，测试其光电转换效率及应用性能。

研究结果

1. 晶体结构：XRD精修显示样品为纯相石榴石结构（空间群Ia$\stackrel{￣￣}{3}$d），Cr³⁺优先占据八面体[GaO₆]位点，晶体场强度参数Dq/B=2.64表明其为中等强度晶体场。

2. 发光特性：在430 nm激发下，材料同时显示707 nm（²E→⁴A₂跃迁）和689 nm的锐线发射，以及620-850 nm的⁴T₂→⁴A₂宽带发射。最优组分SLGASO:0.04Cr³⁺的IQE达90.3%。

3. 稳定性：125℃下发光强度保持81%，137天水浸后性能无衰减。封装器件在85℃/85%湿度老化480小时后仍保持94.3%初始光通量。

4. 应用验证：基于450 nm蓝光芯片的NIR pc-LED在农业照明中促进生菜生长，夜视模式下可清晰识别200米外物体。

结论与意义
该研究通过精准设计石榴石基质，成功开发出兼具高IQE（90.3%）、优异热稳定性（81%@125℃）和极端环境耐受性的Cr³⁺激活NIR荧光粉。其独特的锐线/宽带共存发射特性源于中等晶体场环境，而Al³⁺/Ga³⁺位点调控有效抑制了浓度淬灭。研究成果发表于《Materials Today Chemistry》，为NIR pc-LED在精准农业、安防监控等领域的应用提供了理想材料解决方案，标志着固态NIR光源技术的重要突破。