1 中国科学院长春应用化学研究所 稀土资源利用国家重点实验室， 吉林 长春 130022
2 中国科学技术大学 应用化学与工程学院， 安徽 合肥 230026
近年来，近红外荧光粉转换发光二极管（NIR pc-LED）在夜视、生物成像和无损检测等领域引起了广泛关注。然而，获得兼具高量子效率和优异热稳定性的近红外荧光粉仍然是一个巨大挑战。本文利用高温固相法合成了一种新型近红外荧光粉BaY2Al2Ga2SiO12∶Cr3+（BYAGSO∶Cr3+），并系统研究了材料的结构和发光性质。在440 nm蓝光激发下，BYAGSO∶Cr3+荧光粉的发射光谱在650~850 nm范围内呈现锐线和宽带的混合发射，源于Cr3+：2E→4A2自旋禁戒跃迁和4T2→4A2自旋允许跃迁发射。该近红外发光表现出可观的量子效率和良好的热稳定性，最优化样品的外量子效率可达30.3%，在200 ℃时样品的发光强度可保持其在室温时强度的99%。通过将BYAGSO∶Cr3+荧光粉与450 nm蓝光LED芯片结合，我们封装了一个NIR pc-LED器件。该器件在300 mA驱动电流下，输出功率为70.83 mW；在20 mA驱动电流下，光电转换效率为11.20%。研究结果表明，BYAGSO∶Cr3+在NIR pc-LED领域具有良好的应用前景。
近红外发射 Cr3+ 热稳定性 量子效率 荧光粉转换发光二极管 near-infrared emission Cr3+ thermal stability quantum efficiency NIR pc-LED
东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210089
采用高温固相法制备Na+、In3+、Ge4+单掺或共掺杂的LiScSi2O6∶Cr3+荧光粉，通过漫反射光谱、光致激发和发射光谱、量子效率测试等手段对其光吸收及光致发光性能进行了研究。实验结果表明，Na+、In3+、Ge4+等离子单独掺杂均可提升LiScSi2O6∶Cr3+荧光粉对460 nm蓝光的吸收，而多格位阳离子共掺可进一步增强光吸收能力，吸收效率可从最初的50.5%提升至60.9%。多格位离子单掺或共掺引起Cr3+占据八面体结构畸变程度增加，从而导致光吸收增强。优化荧光体系LiSc0.4In0.6Si1.6Ge0.4O6∶Cr3+的近红外发射峰波长为860 nm，半高宽为160 nm， 内、外量子效率分别为72.5%和41.8%，封装制成的荧光转换型LED器件在100 mA驱动电流下近红外光输出功率为 63.1 mW，近红外电光转换效率为22.3%，表现出较好的近红外发光综合性能。本研究工作为增强Cr3+激活近红外荧光粉的光吸收提供了一种有效手段。
近红外荧光粉 Cr3+激活 多格位掺杂 光吸收调控 NIR phosphor Cr3+ activated multisite cation substitution light absorption regulation
1 宁波大学 材料科学与化学工程学院， 浙江 宁波 315211
2 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所， 浙江 宁波 315201
荧光转换型近红外发光二极管（NIR pc-LED）具有体积小、谱带宽、峰位易调谐等优点，是新一代NIR光源发展的前沿，其关键在于研发可被蓝光有效激发的高效率宽带近红外荧光粉。LiScSi2O6∶Cr3+荧光材料的激发波长为460 nm，发射峰位在845 nm，光谱带宽为156 nm，内量子效率为64.4%。基于该体系，本文通过M离子（M = Ga3+，Lu3+，Y3+，Gd3+）取代Sc3+的方式对其性能进行调控。结果表明，引入M离子易生成杂相或发生相变，降低了材料的发光性能。本文从晶体结构出发对其调控过程进行了分析。
LiScSi2O6∶Cr3+ 阳离子取代 晶体结构 LiScSi2O6∶Cr3+ cation substitution crystal structure
1 广州医科大学生物医学工程学院，广东 广州 511436
2 宁波大学信息科学与工程学院光+X交叉科学与技术研究院，浙江 宁波 315211
近红外光源对生物组织具有穿透力强、无损检测、信噪比高等特点，广泛应用于成分检测、安防监控、生物医学等领域。但是目前缺乏高效率、便携化的近红外光源，这成为了限制智能检测技术发展的关键。与传统的近红外光源相比，荧光粉转换的近红外LED光源（NIR pc-LED）具有便携、高效的特点。本研究采用工艺简单、绿色环保的水热法合成了Li3Na3Ga2F12∶Cr3+近红外宽带荧光粉，并通过控制保温温度、保温时间等参数，确定了荧光材料的最佳合成方案，研究了氟化物颗粒尺寸、形貌演化，以及Cr3+掺杂浓度对Li3Na3Ga2F12∶Cr3+发光性能的影响。Li3Na3Ga2F12∶Cr3+材料能够实现630~980 nm范围宽带发射，半峰全宽（FWHM）为110 nm，峰值为766 nm，其内量子效率高达74%。结合商用蓝光LED，成功封装了近红外宽带LED光源，其在50 mA驱动电流下的近红外光输出功率是10.32 mW，光电转换效率达到5.1%。最后通过鸡胸肉下的静脉近红外成像以及夜视成像演示，验证了该近红外宽带LED光源在医疗以及食品检测等成像领域中的应用可行性。
绿色合成 宽带近红外发光 Li3Na3Ga2F12∶Cr3+ LED器件 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316004
1 辽宁科技大学 化学工程学院， 辽宁 鞍山 114051
2 河北工业职业技术大学， 河北 石家庄 050091
以海拉尔褐煤热解萃取物为碳源，HNO3为氮源，通过一步水热法合成了氮掺杂煤基碳量子点（N?CQDs），将N?CQDs作为荧光探针，通过荧光猝灭法可选择性识别环境水中的Cr（Ⅵ）。利用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、荧光分光光度计等手段对N?CQDs的形貌、结构、组成和光学性质进行表征。结果表明，该N?CQDs在水中具有良好的分散性，平均粒径为2.01 nm，表面含有丰富的羟基、羧基、环氧基和硝基等含氧、含氮官能团。N?CQD的量子产率（QY）为1.36%，在340 nm激发光照射下发出黄绿色荧光（556 nm），且发射波长不依赖于激发波长（280～440 nm）。N?CQDs的pH值在4～11之间、低氯化钠浓度及长时间存放情况下，仍表现出优异的光学稳定性。分析多种阴离子对其荧光强度的猝灭影响，当Cr（Ⅵ）在0～200 μmol/L时，N?CQD荧光强度（F0/F）与Cr（Ⅵ）浓度呈现良好的线性关系，检测限为0.56 μmol/L，实际水样的检测结果与ICP?OES检测结果一致。
碳量子点 Cr（VI） 离子检测 carbon quantum dots Cr（Ⅵ） ion detection
新疆师范大学 物理与电子工程学院， 新疆发光矿物与光功能材料研究自治区重点实验室， 新疆 乌鲁木齐 830054
近红外 （NIR） 器件的小型化和智能化需求推动了高效宽带近红外荧光粉的设计与发展。目前，Cr3+激活的宽带近红外荧光粉主要采用传统的多格位共占据策略设计实现。然而，由于处在不同晶体学格位的Cr3+热猝灭行为不一致和光谱稳定性差等问题，导致其实际应用受限。本文基于单格位占据策略，采用高温固相法制备了一系列宽带近红外荧光粉KSc1-xP2O7∶xCr3+（x = 0.01~0.09） ，并对其晶体结构、发光性能及热猝灭机理进行分析。研究结果表明，在x = 0.03 时，KSc0.97PO7∶0.03Cr3+（KSP∶0.03Cr3+） 样品发光强度达到最大值，随后出现浓度猝灭现象，该现象主要归因于相邻Cr3+?Cr3+之间的能量传递。在蓝光激发下，KSP∶0.03Cr3+样品光谱覆盖700~1 200 nm，发射主峰位于857 nm，半高宽为149 nm。此外，通过晶体结构和低温光谱分析以及对Cr3+所处晶体场强度计算，表明该宽带近红外发射的实现归因于Cr3+占据处于弱晶体场（Dq/B = 1.98） 的Sc3+晶体学格位。在高温373 K时，样品的发光强度为室温下发光强度的60.2%，表明该荧光粉具有良好的热稳定性。最后，利用该荧光粉与蓝光LED芯片制备了近红外荧光粉转换型LED（NIR pc?LED） 器件，证实该荧光粉在生物医学成像、夜视以及食品检测方面具有潜在应用价值。
近红外荧光粉 单格位占据策略 宽带发射 Cr3+掺杂 NIR pc-LED near-infrared phosphor one-site occupation strategy broadband emission Cr3+ NIR pc-LED
1 厦门大学 材料学院， 福建 厦门 361005
2 厦门大学 固体表面物理化学国家重点实验室， 福建 厦门 361005
红光?近红外光谱技术在医疗领域具有广泛的应用。但对于当下采用蓝光LED激发荧光材料实现红光?近红外光谱输出的器件结构而言，则普遍存在蓝光过剩的问题。本文提出了通过构筑Ce3+→Cr3+能量传递从而实现抑制器件蓝光输出的策略。以Ba3Sc4O9为研究对象，采用Ce3+/Cr3+共掺杂，研究了其发光性能。结果表明，共掺杂的Ba3Sc4O9∶Ce3+/Cr3+同时具备了红光和近红外光发射能力，发射主峰分别位于585 nm和835 nm；Ce3+→Cr3+能量传递效率达50.92%。所封装的近红外LED器件的蓝光强度下降了78%，而Cr3+的发射强度增至181%。
近红外 Ce3+/Cr3+共掺杂 Ba3Sc4O9 能量传递 near-infrared Ce3+/Cr3+ co-doped Ba3Sc4O9 energy transfer
1 中国环境科学研究院清洁生产与循环经济中心, 北京 100012北京师范大学水科学研究院, 北京 100875
2 中国环境科学研究院清洁生产与循环经济中心, 北京 100012同济大学环境科学与工程学院, 上海 200092
3 北京 100012同济大学环境科学与工程学院, 上海 200092
4 中国环境科学研究院清洁生产与循环经济中心, 北京 100012
六价铬［Cr(Ⅵ)］在水环境中有严重的毒性和迁移性, 尤其工业过程中的高浓度Cr(Ⅵ), 对环境和人体健康有严重的危害。 建立一种准确、 快速且实用的高浓度Cr(Ⅵ)溶液测定方法尤为重要。 描述了一种基于光程优化的紫外可见分光光度法直接测定溶液的新方法, 该方法聚焦于不同光程条件下, 测定Cr(Ⅵ)溶液的浓度范围和灵敏度研究。 结果表明, 通过改变光程(1, 5, 10, 30, 50, 100 mm), Cr(Ⅵ)溶液的线性浓度测定范围增加到1 500 mg·L-1(国标方法为1 mg·L-1); 光程从1 mm增加到100 mm, 测定灵敏度增加了100.3倍(从0.001 6 L·mg-1增加到0.161 5 L·mg-1)。 同时, 进行了光程优化方法的建立, 在保证准确度的前提下, 使得不同浓度在不同光程的测定条件下具有最高的灵敏度。 研究结果表明, 在Cr(Ⅵ)与三价铬［Cr(Ⅲ)］、 铁离子［Fe(Ⅲ)］、 铜离子［Cu(Ⅱ)］、 镍离子［Ni(Ⅱ)］以一定比例共存的条件下, 该方法有较好的抗离子干扰性能, 且测定结果的准确度几乎不受温度变化影响(5～30 ℃), 并成功地将该方法应用于实际电镀废水样品中高浓度Cr(Ⅵ)的分析。 与其他常见的Cr(Ⅵ)溶液测定方法相比, 该方法显示出更宽泛的线性浓度范围(0.003 96～1 500 mg·L-1)、 更高的高浓度Cr(Ⅵ)溶液分析准确度和很短的测定时间(1.5 min)。 该方法在工业过程中Cr(Ⅵ)溶液的污染控制和环境分析监测方面具有良好的应用前景。
六价铬［Cr(Ⅵ)］ 紫外可见分光光度法 光程优化 高浓度 高灵敏度 Chromium(Ⅵ) Direct spectrophotometry Optical path optimization High-concentration High sensitivity 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1829
1 中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
对闪光灯泵浦的2.79 μm Er，Cr∶YSGG激光器在高重复频率下的声光调Q输出特性进行了研究。当射频驱动功率为30 W时，LiNbO3声光开关实现了最大的衍射效率和稳定的调Q特性。当重复频率为100 Hz时，实验研究了不同反射率下LiNbO3声光调Q Er，Cr∶YSGG激光器的输出特性，采用平凸谐振腔补偿增益介质中的热透镜效应，明显改善了Er，Cr∶YSGG激光器的调Q输出性能，在平凸腔中能够得到最大的脉冲能量和最短的脉冲宽度。与平平腔相比，平凸腔将激光器的输出能量提高了1.5倍。当重复频率为100 Hz时，激光系统输出的脉冲能量的最大值为4.36 mJ，脉冲宽度的最小值为76.8 ns。
激光器 固体激光器 Er，Cr∶YSGG LiNbO3声光调Q 平凸谐振腔 中国激光
2023, 50(23): 2301015
广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004
采用光学浮区法制备了不同Cr3+掺杂浓度的Cr∶Al2O3晶体，并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al2O3晶体。测量了在制备Cr∶Al2O3晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度，分别为0.928、2.230和4.051 g/cm3。XRD图谱显示，Cr∶Al2O3晶体为α-Al2O3相。透射光谱表明，Cr∶Al2O3晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm 光)均显示，Cr∶Al2O3晶体在418及559 nm处有较强吸收带，分别对应Cr3+从4A2至4T1和从4A2至4T2的跃迁。以波长为559 nm的光激发Cr∶Al2O3晶体，其光致发射谱在669 nm处出现较强的发射峰；当Cr3+浓度较低时，发射峰强度随 Cr3+浓度的增加而增强，Cr0.006 0Al1.994 0O3的发射强度达到最大，然后随 Cr3+浓度增加而降低。
光学浮区法 光学性能 透射光谱 吸收光谱 光致激发光谱 光致发射光谱 Cr∶Al2O3 Cr∶Al2O3 optical floating zone method optical property transmission spectrum absorption spectrum photoluminescence excitation spectrum photoluminescence spectrum
