Estudo das propriedades de emissão do fósforo de infravermelho próximo de banda larga KScP2O7∶Cr3+ e aplicação em dispositivos LED infravermelhos próximos

MA Ziting ,  

ZHANG Xianzhe ,  

DAI Pengpeng ,  

SHEN Lina ,  

摘要

A demanda por miniaturização e inteligência em dispositivos de infravermelho próximo (NIR) impulsionou o projeto e desenvolvimento de fósforos de infravermelho próximo de banda larga e alta eficiência. Atualmente, os fósforos de infravermelho próximo de banda larga ativados por Cr3+ são projetados principalmente usando a estratégia tradicional de ocupação múltipla de sítios. No entanto, devido ao comportamento inconsistente de extinção térmica do Cr3+ em diferentes sítios cristalográficos e à baixa estabilidade espectral, sua aplicação prática é limitada. Neste trabalho, baseado na estratégia de ocupação de sítio único, foi preparada uma série de fósforos de infravermelho próximo de banda larga KSc1-xP2O7∶xCr3+ (x = 0,01~0,09) pelo método de fase sólida em alta temperatura, e sua estrutura cristalina, desempenho luminescente e mecanismos de extinção térmica foram analisados. Os resultados indicam que em x = 0,03, a amostra KSc0,97PO7∶0,03Cr3+ (KSP∶0,03Cr3+) alcança a intensidade máxima de emissão, seguida por um fenômeno de extinção por concentração atribuído principalmente à transferência de energia entre Cr3+ adjacentes. Sob excitação com luz azul, o espectro da amostra KSP∶0,03Cr3+ cobre 700~1200 nm, com pico principal de emissão em 857 nm e largura a meia altura de 149 nm. Além disso, através da análise da estrutura cristalina e espectro a baixa temperatura, bem como do cálculo da força do campo cristalino do Cr3+, mostrou-se que a emissão de banda larga no infravermelho próximo é devida à ocupação do Cr3+ em sítios cristalográficos Sc3+ de campo cristalino fraco (Dq/B = 1,98). Em alta temperatura de 373 K, a intensidade de emissão da amostra é 60,2% da intensidade à temperatura ambiente, indicando boa estabilidade térmica do fósforo. Por fim, utilizando este fósforo e um chip LED azul, foi fabricado um dispositivo LED conversor de fósforo infravermelho próximo (NIR pc⁃LED), confirmando o valor potencial deste fósforo para aplicações em imagem biomédica, visão noturna e detecção de alimentos.

关键词

fósforo de infravermelho próximo;estratégia de ocupação de sítio único;emissão de banda larga;dopagem Cr3+;NIR pc-LED

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