Near-infrared Photoluminescence Properties of NaAlP2O7∶Cr3+ Phosphor

HE Xian-guo; HUANG De-cai; SONG Li-ping; LIANG Si-si; ZHU Hao-miao

doi:10.37188/CJL.20220180

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Near-infrared Photoluminescence Properties of NaAlP₂O₇∶Cr³⁺ Phosphor

Invited Paper | 更新时间：2023-02-13

- Near-infrared Photoluminescence Properties of NaAlP₂O₇∶Cr³⁺ Phosphor
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 43, Issue 9, Pages: 1380-1389(2022)
- 作者机构：
  
  1.福州大学化学学院，福建福州　350108
  2.中国科学院福建物质结构研究所中国科学院功能纳米结构设计与组装重点实验室，福建省纳米材料重点实验室，福建福州　350002
  3.厦门稀土材料研究所厦门市稀土光电功能材料重点实验室，福建厦门　361021
  4.中国科学院赣江创新研究院，江西赣州　341000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB3500400);National Natural Science Foundation of China(11904363);Key Research Program of The Chinese Academy of Sciences(ZDRW⁃CN⁃2021⁃3)
- DOI：10.37188/CJL.20220180
  CLC： O482.31
- Received：05 May 2022，
  
  Revised：17 May 2022，
  
  Published：05 September 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
何献国,黄得财,宋丽平等.NaAlP₂O₇∶Cr³⁺荧光粉近红外发光特性[J].发光学报,2022,43(09):1380-1389.

HE Xian-guo,HUANG De-cai,SONG Li-ping,et al.Near-infrared Photoluminescence Properties of NaAlP₂O₇∶Cr³⁺ Phosphor[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(09):1380-1389.
何献国,黄得财,宋丽平等.NaAlP₂O₇∶Cr³⁺荧光粉近红外发光特性[J].发光学报,2022,43(09):1380-1389. DOI： 10.37188/CJL.20220180.

HE Xian-guo,HUANG De-cai,SONG Li-ping,et al.Near-infrared Photoluminescence Properties of NaAlP₂O₇∶Cr³⁺ Phosphor[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(09):1380-1389. DOI： 10.37188/CJL.20220180.

摘要

宽带近红外荧光粉转换型LED光源在医学成像、食品检测以及传感等领域展现出了巨大的应用前景，该类光源的光谱和效率与所用近红外荧光粉的性能紧密相关，Cr

离子激活的近红外发光材料具有可被蓝光有效激发、发射光谱可调等优点，因此得到了重点关注。本文采用高温固相法制备了NaAlP

∶Cr

宽带近红外发光荧光粉，该材料在450 nm蓝光激发下，发射出650~1 000 nm的近红外光，峰值位于780 nm，半高宽为 1 580 cm

-1

；其在423 K下的发光强度能够维持室温下的71%，表现出良好的发光热稳定性。对材料的晶体结构和变温光谱（8~503 K）进行了系统的分析，计算得到了Cr

离子在NaAlP

基质中的晶体场强度等参数；利用8 K低温光谱，并结合计算，分析了Cr

各能级零声子线；基于高温变温光谱，讨论了材料的电⁃声子耦合效应及荧光热猝灭机理。

Abstract

Near-infrared phosphor-converted light-emitting diode（NIR pc-LED） light source has a great application prospect in medical imaging， food detection， sensing and other aspects. The spectral characteristic and photoelectric conversion efficiency of the pc-LEDs are highly dependent on the performance of NIR phosphors. Currently， the development of inexpensive， efficient， and thermally stable broadband NIR phosphors remains a great challenge. Among the potential broadband NIR phosphors， the Cr

activated NIR materials have attracted serious attentions due to their advantages of being able to be excited efficiently by blue light and tunable emission band. In this study， a broadband NIR phosphor NaAlP

∶Cr

was successfully synthesized by high temperature solid-state method. Under 450 nm blue light excitation， the phosphor shows a broadband emission covering 650-1 000 nm with a peak centered at ~780 nm and a full width at half-maximum（FWHM） of 1 580 cm

-1

. Particularly， at 423 K， the NaAlP

∶4%Cr

sample retained ~71% of the photoluminescence（PL） intensity at room temperature， exhibiting good PL thermal stability. Furthermore， the crystallographic site occupation and crystal field strength parameter of Cr

ions in NaAlP

host were investigated based on the structural analysis and temperature-dependent（8-503 K） spectra of the phosphor. The zero-phonon lines of Cr

energy levels were determined by low temperature spectroscopy at 8 K and theoretical calculation. The PL thermal quenching mechanism of Cr

was discussed in combination with high temperature dependent spectra. In summary，

this work presents a new broadband NIR phosphor for application in NIR pc-LEDs， and highlights some strategies to explore this class of materials.

关键词

Keywords

references

罗兴蕊，陈敏文，杨晴来 . 近红外二区活体成像技术及其应用研究进展［J］. 化学学报， 2020 ， 78 （ 5 ）： 373 - 381 . doi: 10.6023/A20020045 http://dx.doi.org/10.6023/A20020045

LUO X R ， CHEN M W ， YANG Q L . Research progress on near infrared II technology for in vivo imaging ［J］. Acta Chim. Sinica ， 2020 ， 78 （ 5 ）： 373 - 381 . （in Chinese） . doi: 10.6023/A20020045 http://dx.doi.org/10.6023/A20020045

陈秀莲，黄梅珍，富雨超 . 具有活体检测功能的手背静脉身份识别方法研究［J］. 光学学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 0610002-1 - 8 . doi: 10.3788/aos202141.0610002 http://dx.doi.org/10.3788/aos202141.0610002

CHEN X L ， HUANG M Z ， FU Y C . Recognition method of dorsal hand vein with liveness detection function ［J］ Acta Opt. Sinica ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 0610002-1 - 8 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos202141.0610002 http://dx.doi.org/10.3788/aos202141.0610002

WANG L ， SUN D W ， PU H B ， et al . Quality analysis， classification， and authentication of liquid foods by near-infrared spectroscopy： a review of recent research developments ［J］. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. ， 2017 ， 57 （ 7 ）： 1524 - 1538 . doi: 10.1080/10408398.2015.1115954 http://dx.doi.org/10.1080/10408398.2015.1115954

CHEN S ， WEITEMIER A Z ， ZENG X ， et al . Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics ［J］. Science ， 2018 ， 359 （ 6376 ）： 679 - 684 . doi: 10.1126/science.aaq1144 http://dx.doi.org/10.1126/science.aaq1144

IGNE B ， ZACOUR B M ， SHI Z Q ， et al . Online monitoring of pharmaceutical materials using multiple NIR sensors—part Ⅰ： blend homogeneity ［J］. J. Pharm. Innov. ， 2011 ， 6 （ 1 ）： 47 - 59 . doi: 10.1007/s12247-011-9099-1 http://dx.doi.org/10.1007/s12247-011-9099-1

张亮亮，张家骅，郝振东，等 . Cr 3+ 掺杂的宽带近红外荧光粉及其研究进展［J］. 发光学报， 2019 ， 40 （ 12 ）： 1449 - 1459 . doi: 10.3788/fgxb20194012.1449 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20194012.1449

ZHANG L L ， ZHANG J H ， HAO Z D ， et al . Recent progress on Cr 3+ doped broad band NIR phosphors ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2019 ， 40 （ 12 ）： 1449 - 1459 . （in Chinese） . doi: 10.3788/fgxb20194012.1449 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20194012.1449

OU J H ， YANG X L ， XIAO S G . Luminescence performance of Cr 3+ doped and Cr 3+ ， Mn 4+ co-doped La 2 ZnTiO 6 phosphors ［J］. Mater. Res. Bull. ， 2020 ， 124 ： 110764-1 - 7 . doi: 10.1016/j.materresbull.2019.110764 http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110764

ELDRIDGE J I . Single fiber temperature probe configuration using anti-Stokes luminescence from Cr∶GdAlO 3 ［J］. Meas. Sci. Technol. ， 2018 ， 29 （ 6 ）： 065206-1 - 13 . doi: 10.1088/1361-6501/aaba21 http://dx.doi.org/10.1088/1361-6501/aaba21

XU X X ， SHAO Q Y ， YAO L Q ， et al . Highly efficient and thermally stable Cr 3+ -activated silicate phosphors for broadband near-infrared LED applications ［J］. Chem. Eng. J. ， 2020 ， 383 ： 123108-1 - 8 . doi: 10.1016/j.cej.2019.123108 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2019.123108

YUAN C X ， LI R Y ， LIU Y F ， et al . Efficient and broadband LiGaP 2 O 7 ∶Cr 3+ phosphors for smart near-infrared light-emitting diodes ［J］. Laser Photonics Rev. ， 2021 ， 15 （ 11 ）： 2100227-1 - 8 . doi: 10.1002/lpor.202100227 http://dx.doi.org/10.1002/lpor.202100227

LIN Q M ， WANG Q ， LIAO M ， et al . Trivalent chromium ions doped fluorides with both broad emission bandwidth and excellent luminescence thermal stability ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2021 ， 13 （ 15 ）： 18274 - 18282 . doi: 10.1021/acsami.1c01417 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c01417

方立民，郝振东，张亮亮，等 . δ-Sc 4 Zr 3 O 12 ∶Cr 3+ 宽带近红外荧光粉发光性能的研究［J］. 激光与光电子学进展， 2021 ， 58 （ 15 ）： 1516008-1 - 8 . doi: 10.3788/lop202158.1516008 http://dx.doi.org/10.3788/lop202158.1516008

FANG L M ， HAO Z D ， ZHANG L L ， et al . Luminescence properties of broadband near-infrared δ-Sc 4 Zr 3 O 12 ∶Cr 3+ phosphors ［J］. Laser Optoelectron. Prog. ， 2021 ， 58 （ 15 ）： 1516008-1 - 8 . （in Chinese） . doi: 10.3788/lop202158.1516008 http://dx.doi.org/10.3788/lop202158.1516008

MALYSA B ， MEIJERINK A ， WU W W ， et al . On the influence of calcium substitution to the optical properties of Cr 3+ doped SrSc 2 O 4 ［J］. J. Lumin. ， 2017 ， 190 ： 234 - 241 . doi: 10.1016/j.jlumin.2017.05.030 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.05.030

邬金闽，黄得财，梁思思，等 . Cr 3+ 、Yb 3+ 共掺杂LaSc 3 （BO 3 ） 4 近红外荧光粉的发光与器件性能［J］. 发光学报， 2021 ， 42 （ 6 ）： 793 - 803 . doi: 10.37188/CJL.20210066 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210066

WU J M ， HUANG D C ， LIANG S S ， et al . Photoluminescence properties and device performance of Cr 3+ ， Yb 3+ co-doped LaSc 3 （BO 3 ） 4 near infrared phosphors ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 6 ）： 793 - 803 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJL.20210066 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210066

KIM Y H ， ARUNKUMAR P ， KIM B Y ， et al . A zero-thermal-quenching phosphor ［J］. Nat. Mater. ， 2017 ， 16 （ 5 ）： 543 - 550 . doi: 10.1038/nmat4843 http://dx.doi.org/10.1038/nmat4843

ZHAO F Y ， CAI H ， SONG Z ， et al . Structural confinement for Cr 3+ activators toward efficient near-infrared phosphors with suppressed concentration quenching ［J］. Chem. Mater. ， 2021 ， 33 （ 10 ）： 3621 - 3630 . doi: 10.1021/acs.chemmater.1c00441 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00441

YAO L Q ， SHAO Q Y ， HAN S Y ， et al . Enhancing near-infrared photoluminescence intensity and spectral properties in Yb 3+ codoped LiScP 2 O 7 ∶Cr 3+ ［J］. Chem. Mater. ， 2020 ， 32 （ 6 ）： 2430 - 2439 . doi: 10.1021/acs.chemmater.9b04934 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b04934

ZHANG H S ， ZHONG J Y ， ZHANG X L ， et al . Achieving an ultra-broadband infrared emission through efficient energy transfer in LiInP 2 O 7 ∶Cr 3+ ，Yb 3+ phosphor ［J］. J. Alloys Compd. ， 2022 ， 894 ： 162386-1 - 8 . doi: 10.1016/j.jallcom.2021.162386 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162386

NOBBS J H . Kubelka-munk theory and the prediction of reflectance ［J］. Rev. Prog. Color. Relat. Top. ， 1985 ， 15 （ 1 ）： 66 - 75 . doi: 10.1111/j.1478-4408.1985.tb03737.x http://dx.doi.org/10.1111/j.1478-4408.1985.tb03737.x

XIANG J Y ， YANG J W ， LUO N J ， et al . Optimized photoluminescence and electronic properties of europium doped phosphate red phosphor ［J］. Results Phys. ， 2019 ， 13 ： 102258-1 - 6 . doi: 10.1016/j.rinp.2019.102258 http://dx.doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102258

BRIK MIKHAIL G ，马崇庚， SRIVASTAVA ALOK M ，等 . 用于固态照明的Mn 4+ 离子光谱学［J］. 发光学报， 2020 ， 41 （ 9 ）： 1011 - 1029 . doi: 10.1016/j.jlumin.2019.116834 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116834

BRIK M G ， MA C G ， SRIVASTAVA A M ， et al . Mn 4+ ions for solid state lighting ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2020 ， 41 （ 9 ）： 1011 - 1029 . （in English） . doi: 10.1016/j.jlumin.2019.116834 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116834

HENDERSON B ， IMBUSCH G F . Optical Spectroscopy of Inorganic Solids ［M］. New York ： Oxford University Press ， 2006 .

LEMPICKI A ， ANDREWS L ， NETTEL S J ， et al . Spectroscopy of Cr 3+ in glasses： Fano antiresonances and vibronic “lamb shift” ［J］. Phys. Rev. Lett. ， 1980 ， 44 （ 18 ）： 1234 - 1237 . doi: 10.1103/physrevlett.44.1234 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.44.1234

ZHOU X F ， GENG W Y ， LI J Y ， et al . An ultraviolet-visible and near-infrared-responded broadband NIR phosphor and its NIR spectroscopy application ［J］. Adv. Opt. Mater. ， 2020 ， 8 （ 8 ）： 190 2003-1-8 . doi: 10.1002/adom.201902003 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201902003

DE GUZMAN G N A ， FANG M H ， LIANG C H ， et al . Near-infrared phosphors and their full potential： a review on practical applications and future perspectives ［J］. J. Lumin. ， 2020 ， 219 ： 116944-1 - 9 . doi: 10.1016/j.jlumin.2019.116944 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116944

ADACHI S . Review-photoluminescence properties of Cr 3+ -activated oxide phosphors ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol. ， 2021 ， 10 （ 2 ）： 026001-1 - 20 . doi: 10.1149/2162-8777/abdc01 http://dx.doi.org/10.1149/2162-8777/abdc01

BRIK M G ， SRIVASTAVA A M . Critical review—a review of the electronic structure and optical properties of ions with d 3 electron configuration（V 2+ ， Cr 3+ ， Mn 4+ ， Fe 5+ ） and main related misconceptions ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol. ， 2018 ， 7 （ 1 ）： R3079 - R3085 . doi: 10.1149/2.0041801jss http://dx.doi.org/10.1149/2.0041801jss

PUST P ， WEILER V ， HECHT C ， et al . Narrow-band red-emitting Sr［LiAl 3 N 4 ］∶Eu 2+ as a next-generation LED-phosphor material ［J］. Nat. Mater. ， 2014 ， 13 （ 9 ）： 891 - 896 . doi: 10.1038/nmat4012 http://dx.doi.org/10.1038/nmat4012

BLASSE G ， GRABMAIER B C . Luminescent Materials ［M］. Berlin ： Springer ， 1994 . doi: 10.1007/978-3-642-79017-1 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-79017-1

DORENBOS P . Thermal quenching of Eu 2+ 5d-4f luminescence in inorganic compounds ［J］. J. Phys. Condens. Matter ， 2005 ， 17 （ 50 ）： 8103 - 8111 . doi: 10.1088/0953-8984/17/50/027 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/17/50/027

PONCÉ S ， JIA Y C ， GIANTOMASSI M ， et al . Understanding thermal quenching of photoluminescence in oxynitride phosphors from first principles ［J］. J. Phys. Chem. C ， 2016 ， 120 （ 7 ）： 4040 - 4047 . doi: 10.1021/acs.jpcc.5b12361 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b12361

ZHAO F Y ， SONG Z ， ZHAO J ， et al . Double perovskite Cs 2 AgInCl 6 ∶Cr 3+ ： broadband and near-infrared luminescent materials ［J］. Inorg. Chem. Front. ， 2019 ， 6 （ 12 ）： 3621 - 3628 . doi: 10.1039/c9qi00905a http://dx.doi.org/10.1039/c9qi00905a

XIA Z G ， WANG X M ， WANG Y X ， et al . Synthesis， structure， and thermally stable luminescence of Eu 2+ -doped Ba 2 Ln -（BO 3 ） 2 Cl（ Ln= Y， Gd and Lu） host compounds ［J］. Inorg. Chem. ， 2011 ， 50 （ 20 ）： 10134 - 10142 . doi: 10.1021/ic200988w http://dx.doi.org/10.1021/ic200988w

ZHANG H S ， ZHONG J Y ， DU F ， et al . Efficient and thermally stable broad-band near-infrared emission in a KAlP 2 O 7 ∶Cr 3+ phosphor for nondestructive examination ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2022 ， 14 （ 9 ）： 11663 - 11671 . doi: 10.1021/acsami.2c00200 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.2c00200

Views

735

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Luminescence Properties of KScP₂O₇∶Cr³⁺ Broadband Near-infrared Phosphor and Application of Near-infrared LED Device

Improving Thermal Stability of Cr³⁺ Doped Calcium Niobium Gallium Garnet Through Zn²⁺ Codoping

Research Progress on Blue LED Excited Cr³⁺Doped Phosphors with Broad-band Near-infrared Luminescence

Related Author

Xian-guo He

De-cai HUANG

Li-ping SONG

Si-si LIANG

Hao-miao ZHU

ZHANG Xianzhe

DAI Pengpeng

SHEN Lina

Related Institution

Xiamen Institute of Rare Earth Materials

CAS Key Laboratory of Design and Assembly of Functional Nanostructures， Fujian Key Laboratory of Nanomaterials， Fujian Institute of Research on The Structure of Matter， Chinese Academy of Sciences

Xinjiang Key Laboratory for Luminescence Minerals and Optical Functional Materials， School of Physics and Electronic Engineering， Xinjiang Normal University

Xiamen Key Laboratory of Rare Earth Photoelectric Functional Materials， Xiamen Research Center of Rare Earth Materials， Haixi Institute， Chinese Academy of Sciences

College of Chemistry and Materials Science， Fujian Normal University

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176862 Email：fgxbt@126.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰