上海光机所在宽带近红外荧光玻璃研究方面取得进展

近日，中科院上海光机所先进激光与光电功能材料部研究团队在新型近红外荧光硼酸盐玻璃材料研究方面取得进展。相关研究成果以“Broadband near-infrared luminescence of impurity Fe3+ in borate glass: a promising material for glass-converted light-emitting diodes”为题，发表于Ceramics International。

随着科技的进步，近红外（NIR）发光材料在医疗成像、夜视技术以及无损检测等领域的应用日益广泛。然而，现有的NIR发光材料在发光效率和波长范围上仍存在局限性，尤其是在需要宽带NIR发光的应用中。传统的NIR材料往往依赖于稀土元素，这不仅成本高昂，而且资源有限。因此，开发一种高效、低成本且具有宽带NIR发光特性的新型材料成为了当前研究的热点。

本研究提出了一种通过改变Fe³⁺配位场对称性来有效增强其近红外宽带发光的新策略。研究团队在还原气氛中制备了掺杂氟（F）或硫（S）的硼酸盐玻璃，并在约360 nm的近紫外（NUV）激发下，观察到了500-1150 nm波长范围内的宽带NIR发光。发射峰值波长约为740 nm，半高宽为225 nm，平均寿命为数百微秒。结合光致发光（PL）、吸收（Abs）和电子顺磁共振（EPR）光谱分析，研究人员发现这种NIR发光源于玻璃中与F⁻或S²⁻配位的四面体杂质Fe³⁺。F和S的存在改变了Fe³⁺中心的局部配位对称性，导致d电子分裂增加，从而增强了d→d跃迁的发光。此外，研究团队还开发了一种NIR gc-LED器件，通过将NIR荧光玻璃与365 nm近紫外LED耦合，实现了无损内部检测、人体手指血管的无损成像以及夜视功能。

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图1 （a）硼酸盐玻璃样品的实物图。（b）NIR gc-LED进行手部静脉成像的示意图。（c）近红外相机获取的手部静脉成像（d）近红外相机拍摄的放置于纸后的剪刀。（e）被纸遮挡的装有酒精的PET塑料瓶近红外透射成像。（f）装有二氧化硅粉末的氧化铝坩埚近红外透射成像。插图为日光灯下可见相机捕获的实物图。

这项研究不仅为NIR发光材料的设计提供了新的思路，还展示了硼酸盐玻璃在NIR发光应用中的巨大潜力。与传统的稀土基NIR材料相比，这种基于Fe³⁺的玻璃材料成本更低、资源更丰富，且具有优异的发光性能。该透明玻璃材料的成功开发，不仅丰富了新型NIR材料的种类，还为低成本、高效能的NIR发光材料的开发提供了重要的理论和实验依据，具有重要的科学意义和应用价值。有望进一步应用于医疗成像、夜视技术以及无损检测等领域。

相关工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.01.118