Laser & Photonics Reviews:光激励发光材料的基本原理、应用及未来发展展望

光激励发光材料是一类在受到光或者射线(如X射线、高能粒子等)激发后,存储能量,并在不同波长外界光的激励下,又能够以光的形式释放出所存储能量的发光材料。与长余辉发光和热释光相比而言,光激励发光表现出显著的优势:能够实现室温下深陷阱中电子的释放并产生发光。光激励发光由于其独特的光吸收-能量存储-光激励发射的特性,在众多重要领域(如信息、生物医学、临床医学、环境、航天、考古学与地质学)有着广泛的应用前景和突出的优势,包括信息光存储,活体生物成像,临床诊断(CR、CT),辐射剂量,防伪,光学测年等。

距人类首次观察到光激励发光现象已过去一百多年,光激励发光材料的首次商业应用距今也已有近70年历史。但迄今为止,已报道的光激励发光材料的种类依然有限;材料的设计、制备、构效关系以及对光激励性能研究方法上仍有待改进;对其发光机理仍存在诸多悬而未决的问题;相关的应用有待于进一步优化与拓展。针对于此,广东工业大学金亚洪副教授、胡义华教授与香港科技大学/北京大学深圳研究生院杨世和教授对光激励发光材料的研究和发展进行了综述。详细介绍了光激励发光材料的发光基本原理、研究历史、合成方法、材料设计原则、研究进展、缺陷引入与调控、研究方法,相关应用以及对未来发展进行了展望。文中指出了当前关于光激励发光材料面临的五大挑战:发展有效筛选合适掺杂离子-基质材料组合的基本原则;探索有效合成粒径均一的纳米光激励发光材料的方法;深入揭示光激励发光材料的构效关系,光谱调控,以及光强/光的波长与光激励发光的量化关系;提出陷阱引入与调控的有效方法;缺陷本质的研究以及光激励发光机理的揭示。基于当前研究现状和存在的问题,提出了关于光激励发光材料未来研究的发展方向:结合理论计算有效筛选新型高效光激励发光材料;通过开发新的合成技术或者改良的合成工艺制备分布均匀的纳米级光激励发光材料,提高材料的适用性;开发红外光激发,发光在红外波段,红外光激励的光激励发光材料,以适应生物医学方面的应用;深入探索缺陷调控技术,开发具有多级分立窄带分布陷阱的光激励发光材料,以满足高密度高容量信息光存储的需求;利用热释光等技术对陷阱的本质,载流子的动力学特性进行分析,全面揭示光激励发光机理。

该综述以“Optically Stimulated Luminescence Phosphors: Principles, Applications, and Prospects”为题在线发表在Laser & Photonics Reviews (DOI: org/10.1002/lpor.202000123)上。

此前,本组在基于稀土离子掺杂正硅酸盐发光材料研究方面取得了一系列进展。通过Eu2+, Ho3+共掺杂Ba2SiO4制备出绿色超长余辉发光材料(24 h, >2.97 mcd m−2)。此外,该材料还兼具良好的光激励发光性能,紫外光激发后暗室放置15天,在980 nm光激励作用下发出明显的绿光。基于此,实现了单级信息光存储(J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6058-6067)。通过Tm3+, Ho3+和Dy3+单掺、共掺和三掺Ba2SiO4: Eu2+对陷阱的数量、分布以及浓度进行有效调控,得到了相对而言窄带分布且分立的三个势阱,初步实现了三级信息光存储(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 35023-35029)。