近年生医影像、夜视系统、食品检测等技术快速发展，近红外光（near-infrared, NIR）已成为新世代光电应用的重要光源。其中，波长超过1700奈米的近红外线III区（NIR-III）因具备较低光散射与较低背景自体萤光的优势，可提升讯号收集效率并降低对待测系统的干扰，因而受到国际材料与光电领域的高度关注。然而，目前NIR-III固态萤光材料仍明显不足，台湾大学化学系特聘教授刘如熹研究团队近日发表国际综述论文，提出NIR-III萤光粉的设计原则与未来发展路线，为生医成像、智慧感测及光通讯等应用提供材料研发方向。
台大理学院化学系特聘教授刘如熹研究团队，近期于国际顶尖期刊《Progress in Materials Science》发表回顾性论文「Breaking the 1700 nm Barrier: Design Principles for Efficient NIR-III Solid-State Phosphors」。该文整理近年NIR-III固态萤光粉的材料发展，并以活化剂选择、主体晶格设计、能量转移机制及应用需求为主轴，建立可供后续研究参考的设计框架。
文章指出，要实现高效率NIR-III发光，关键在于三大材料设计策略，包括透过化学取代与阳离子工程调控局部晶场，使Ni²⁺等过渡金属活化剂的发光波长延伸至更长波段；利用奈米结构与界面工程，降低表面缺陷及高频振动造成的能量损失；以及选用低声子能量、结构刚性高且与活化剂匹配的主体晶格，并导入负热膨胀材料概念，以提升材料在高温、高功率运作下的稳定性。
除提出材料设计原则外，研究团队也整理Ni²⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等代表性等NIR-III发光中心及其能量转移机制，分析不同光源技术的发展趋势，让研究人员可依照不同应用需求选择合适的材料与光源设计，未来可望应用于深层组织影像、夜视照明、光谱分析及高功率近红外发光二极体等领域。
团队也提出NIR-III萤光粉未来发展路线图，认为应持续强化预测式材料设计、能量转移工程、耐热复合结构及标准化测试流程，并提升量子效率、热稳定性、1700奈米以上有效输出及辐射通量等关键指标，以推动NIR-III萤光粉从基础研究走向实际光电元件应用。
研究团队表示，期望借由这些设计准则，促进高效率、长波长且具备操作稳定性的固态近红外光源开发，并为生医成像、智慧感测、光通讯及先进光电系统提供重要的材料基础。
