下一代短波红外LED发光材料

近日，大连民族大学物理与材料工程学院科研团队在高效短波红外发光材料研发及应用方面取得重要进展。科研团队利用硫化物材料强共价性、低声子能量和结构可调等特点，成功研发出一系列铬离子掺杂三元稀土硫化物短波红外发光材料。相关成果发表在国际学术期刊《先进材料》上。

短波红外光是一类人眼不可见、但在物质识别和成像检测中具有重要价值的光。与传统红外光源相比，荧光转换型短波红外发光二极管具有体积小、能耗低、响应快、易集成等优势，在无损检测、红外光谱、医学成像、生物识别、食品安全和智能感知等领域具有广阔应用前景。然而，作为这类光源的核心部件，高性能短波红外发光材料长期面临“发光效率高”和“工作稳定性好”难以兼顾的瓶颈，限制了短波红外LED的进一步发展和实际应用。

铬掺杂稀土三元硫化物短波红外发光材料及其LED器件性能。大连民族大学供图

针对这一难题，大连民族大学科研团队从材料结构设计入手，成功研发出一系列铬离子掺杂三元稀土硫化物短波红外发光材料。该系列材料可根据不同稀土基质实现发光波长的精准调控，发射峰覆盖约980、1020和1080纳米等短波红外区域，为构建不同应用场景所需的短波红外LED光源提供了新的材料方案。

研究表明，团队开发的镥基硫化物发光材料外量子效率达到61.55%，表现出优异的光转换能力；钆基硫化物发光材料在1080纳米长波段仍保持48.55%的高外量子效率，同时具有良好的热稳定性。这表明该类材料不仅能够实现高效短波红外发光，且有望满足LED器件在长期工作和高功率运行条件下对稳定性的要求。

基于上述材料，研究团队进一步构建了短波红外荧光转换LED器件。团队还开展了掌静脉识别和便携式无损检测等应用演示，验证了该材料体系在生物识别、智能检测和便携式光谱分析等领域的应用潜力。

该研究不仅突破了短波红外发光材料在效率、波长调控和热稳定性方面的协同优化难题，也为发展高亮度、高稳定、可集成的下一代短波红外LED光源提供了关键材料支撑。相关成果有望推动短波红外光源在医疗健康、食品检测、工业检测、安防识别和智能装备等领域的应用。