【摘 要】
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近年来,近红外(NIR)光谱技术因其快速、无创、可靠等优点被广泛应用于新兴领域,如食品无损检测、医学诊断、生物医学成像、硅太阳能电池和夜视技术等。这些应用依赖于电磁波谱近红外区域对化学成分的特征吸收。近红外光谱技术的实际应用要求光源必须具有谱带宽,并且发光强度足够高,以允许检测器收集更多的信号。此外,发射波长必须足够长,有利于更深地穿透食品。与传统的光源相比,基于蓝光芯片与近红外荧光粉组装的近红外
【基金项目】
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国家自然科学基金; 陕西省自然科学基金;
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近年来,近红外(NIR)光谱技术因其快速、无创、可靠等优点被广泛应用于新兴领域,如食品无损检测、医学诊断、生物医学成像、硅太阳能电池和夜视技术等。这些应用依赖于电磁波谱近红外区域对化学成分的特征吸收。近红外光谱技术的实际应用要求光源必须具有谱带宽,并且发光强度足够高,以允许检测器收集更多的信号。此外,发射波长必须足够长,有利于更深地穿透食品。与传统的光源相比,基于蓝光芯片与近红外荧光粉组装的近红外LED因具有体积小、能耗低、寿命长、高亮度、环保等优点受到广泛的关注。Cr3+离子由于d轨道对周围环境的高灵敏度,是获得宽带近红外光的的常用发光中心。此外,在调整Dq的基础上,Cr3+离子提供了相当大的宽谱可调谐性。因此,研究Cr3+离子掺杂的氧化物近红外荧光粉的发光特性具有指导意义和现实价值。在目前已知的各类型近红外荧光粉中,Cr3+离子掺杂的镓(锗)酸盐荧光粉因其半径和价态相近、蓝光激发、宽带发射、波长可调谐的优势而受到国内外学者的广泛关注。该类荧光粉可以与蓝光芯片相结合封装得到近红外LED,应用广泛。本文拟重点研究Cr3+掺杂的镓(锗)酸盐宽带发射近红外荧光粉,对其结构、发光性能、晶体场、形貌等进行了系统研究,并将合成的近红外宽带荧光粉与蓝光芯片相结合,制成LED光源,对其应用进行初步探索。主要从以下两个方面展开工作:1.研究Cr3+掺杂的NaxCa3-xGa2-xGe4+xO14(0≤x≤2)—系列宽带发射近红外荧光粉的结构和发光性质。通过XRD和Rietveld对其晶体结构进行了研究。采取精修拟合的策略研究了一系列结构。结合晶体结构、晶体场强度和发光性能之间的关系进行研究,并分析了阳离子取代后发光强度提高的原因。将该荧光粉与蓝光芯片封装组成近红外光源,对生物组织(青笋)的穿透深度进行初步分析,为宽带发射近红外荧光粉在生物和医学领域应用提供了新思路和新方法。2.采用高温固相法制备Cr离子掺杂的LiScGeO4超宽带近红外荧光粉。采取多格位占据策略拓宽了发射光谱的谱带,通过对发射光谱进行高斯分峰确定Cr(Ⅰ)和 Cr(Ⅱ),分别位于 1064 nm 和 1180 nm。Cr Ⅰ(1064 nm)和 CrⅡ(1180 nm)分别归属于Cr3+占据Sc3+的八面体格位和Cr4+占据Ge4+的四面体格位。此外,研究了形貌、晶体场、荧光寿命、热稳定性等性能。在470nm蓝光激发下,荧光粉的发射光谱范围为800-1600 nm超宽带发射,峰位置在1110 nm处。最后采用自制NIR-LED光源直接照射手、胳膊和耳朵部位,在通过近红外相机拍摄照片,其成像效果表明该荧光粉在血管成像方面的应用前景。
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