台大團隊建立近紅外光III區螢光粉設計原則 助攻生醫影像與光通訊

近紅外光已廣泛應用於生醫影像、夜視系統、食品檢測等領域，其中波長1700奈米以上的近紅外線III區（NIR-III）因穿透能力更佳、背景雜訊更低，被視為下一代光電技術的重要發展方向，但長期受限於材料不易發光及量測困難等技術瓶頸。

國立台灣大學化學系特聘教授劉如熹研究團隊，建立NIR-III固態螢光粉的設計原則，研究成果登上國際材料領域頂尖期刊「Progress in Materials Science」，為未來生醫影像、智慧感測及光通訊等應用提供重要方向。

一般人熟悉的紅外線常應用於遙控器、感測器及醫療設備，而近紅外光則是波長介於可見光與中紅外光之間的光線。

研究指出，波長超過1700奈米的NIR-III具有光散射較少、背景自體螢光較低等特性，可讓影像更清楚、訊號更容易辨識，因此特別適合深層生醫影像、夜視照明及精密光學檢測等高階應用。

不過，要讓材料穩定發出1700奈米以上的光並不容易。

劉如熹團隊在回顧論文中，系統整理近年NIR-III固態螢光粉的發展，並建立材料設計架構。

研究指出，要提升近紅外線III區的發光效率，必須同時掌握3項關鍵策略，包括透過化學取代與陽離子工程調整材料局部晶場，使鎳離子等活化劑的發光波長往長波段延伸；利用奈米結構及界面工程降低表面缺陷造成的能量損失；以及選擇低聲子能量、結構穩定且適合活化劑的主體晶格，提升材料在高溫及高功率操作下的穩定性。

研究團隊也整理鎳離子、銩離子及鈥離子等代表性發光中心，以及不同共摻雜材料的能量轉移機制，協助研究人員依照不同需求選擇適合的光源架構，可望應用於寬頻光譜分析、深層組織影像、夜視照明及高功率近紅外發光二極體等領域。

團隊並提出未來NIR-III螢光粉的發展方向，包括建立預測式材料模型、發展敏化及能量轉移工程、耐熱複合結構設計，以及建立標準化測試流程。

其中，量子效率、熱穩定性、1700奈米以上有效輸出及輻射通量等指標，都將是未來推動材料從基礎研究邁向實際元件應用的重要關鍵。

研究團隊表示，希望藉由建立完整的材料設計準則，加速高效率、長波長且穩定的近紅外光源開發，為生醫成像、智慧感測、光通訊及先進光電系統奠定更完整的材料基礎。