Engineering NIR PL in biological window

murai 2021年7月2日 article photonics & metasurfaces 0

Gao(PD)’s work with AIST G was published in J. Lumin.! Congrats, Gao-kun! / Gao君（PD）の産総研時代の仕事がJ. Limin. 誌に掲載されました！

In this study, near-infrared (NIR)-emitting Sr_1-xCa_xTiO₃:0.01Ni²⁺ (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) solid-solution phosphors were prepared by a high-temperature solid-state reaction method. The effect of Ni²⁺-doping phase transformation on the crystallographic, luminescence properties, and electron density performance of Sr_1-xCa_xTiO₃:1%Ni²⁺ phosphors are investigated. Upon 350 nm excitation, the phosphors could produce broadband NIR light within the biological windows of NIR-Ⅱ and -Ⅲ, originating from the ³T_2g(F) → ³A_2g(F) spin-allowed electron transition of Ni²⁺ in the octahedron, in full-width half-maximum spectra of over 200 nm. Through the Rietveld refinement analysis and density functional theory calculations, the results show that the NiO₆ octahedron is twisted and distorted, reducing the crystal field strength and effective coordination around Ni²⁺ ions are the main reason for the emission peaks of SrTiO₃:Ni²⁺ shift from 1311 to 1377 nm by substituting Ca²⁺ under excitation by UV light at 350 nm. In addition, SrTiO₃:Ni²⁺ has an internal quantum yield of up to 6.5%. All these results indicate that Sr_1-xCa_xTiO₃:Ni²⁺ phosphors have potential applications as a source for NIR lighting. / この研究では、近赤外（NIR）発光Sr_1-xCa_xTiO₃：0.01Ni²⁺（x = 0、0.25、0.5、0.75、1）固溶体リン光物質を高温固相反応法で調製しました。 Sr_1-xCa_xTiO₃：1％Ni²⁺蛍光体の結晶学的、発光特性、および電子密度性能に対するNi²⁺ドーピング相変態の影響を調査します。 350 nmの励起により、蛍光体は、八面体でのNi²⁺の³T_2g（F）→³A_2g（F）スピン許容電子遷移に由来するNIR-Ⅱおよび-Ⅲの生物学的ウィンドウ内で200nmを超える幅の半値全幅スペクトルを示す広帯域NIR光を生成できます。リートベルト解析と密度汎関数理論計算により、結果は、NiO₆八面体がねじれて歪んでおり、結晶場強度が低下し、Ni²⁺イオンの周りの効果的な配位がSrTiO₃：Ni²⁺の発光ピークが1311から350nmのUV光による励起下でCa²⁺を置換することにより1377nmへシフトします。さらに、SrTiO₃：Ni²⁺の内部量子収率は最大6.5％です。これらすべての結果は、Sr_1-xCa_xTiO₃:Ni²⁺蛍光体がNIR照明の光源としての潜在的な用途を持っていることを示しています。

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