缺陷与晶体场工程技术使得掺杂Cr3+的刚性石榴石荧光体在多功能光电子器件中实现高效率发光以及抗热淬灭效应

《Science China-Materials》：Defect and crystal field engineering enables high efficiency and anti-thermal quenching in Cr3+ doped rigid garnet phosphors for multifunctional optoelectronics

本研究通过化学单元共取代策略，优化了Cr3+激活的LBASO garnet磷光体的结构，实现了705 nm近红外发射，量子效率达84.82%/46.02%，抗热淬灭性能优异（126.03%@498 K），适用于植物照明、夜视等领域。

　　

摘要

近红外（NIR）荧光粉的高量子效率（QE）和良好的热稳定性对于荧光粉转换发光二极管（pc-LEDs）至关重要。等价或异价取代可以通过可控的配位和缺陷工程来实现荧光粉的光谱定制和性能提升。石榴石型化合物提供了可调的晶体框架，作为先进的荧光粉载体。在本研究中，通过化学单元的共替代作用对Lu₂BaAl₄SiO₁₂（LBASO）石榴石荧光粉进行了改性，其中[Ba²⁺-Si⁴⁺]取代了Lu₃Al₅O₁₂（LuAG）中的[Lu³⁺-Al³⁺]，从而获得了强晶体场近红外发射特性（λ_em = 705 nm）。优化的LBASO:0.07Cr³⁺荧光粉显示出高达84.82%/46.02%的内部/外部量子效率（IQE/EQE）。值得注意的是，这种荧光粉在442 nm激发下表现出抗热淬灭（ATQ）性能（126.03%@498 K），这主要归因于其宽带隙、弱电子-声子耦合（EPC）效应、缺陷能级、高结构刚度以及优化的电子分布。此外，使用这种荧光粉制造的NIR pc-LEDs在100 mA电流驱动下实现了134.99 mW/11.4%的优异近红外输出功率和光电转换效率。这项技术在植物照明、夜视和非破坏性分析领域具有广泛的应用前景。