供稿/ 化學所 劉如熹 教授
近年來，隨著光電與生醫技術之發展，近紅外光（Near-Infrared, NIR）逐漸成為推動新世代光學應用之重要關鍵。根據國際標準化組織 ISO 20473之定義，其中近紅外光又依生物穿透能力區分為三個區段：NIR-I（650–950 nm）、NIR-II（1000–1350 nm）與NIR-III（1500–1850 nm）。此些波段於植物照明、安全監控、血氧監測、光譜分析等領域皆扮演重要角色，尤其 900–1700 nm 間之短波紅外光（SWIR）具低散射、高穿透及生物相容性佳之特性，其能實現更清晰之生醫成像與高靈敏度之分子辨識。然而，目前商用之 InGaAs LED 或鎢絲燈等近紅外光源仍存在頻譜窄化或體積龐大之缺點，限制其於可攜式裝置與寬頻分析應用中的發展。因此，開發具寬光譜、高效率及穩定性之近紅外螢光粉轉換發光二極體（NIR phosphor-converted LEDs, pc-LEDs）成為學界與產業界之研究焦點。螢光粉材料作為光轉換之核心，其可藉由主體晶格與活化劑組合之靈活調控，實現多樣化之放光波段與能量轉移設計，展現卓越之可調性與結構創新潛力，如圖一所示。研究團隊以立方體元素模型呈現螢光粉之結構設計概念，揭示主體組成與活化劑間之協同關係，象徵「過渡金屬」與「稀土元素」於近紅外放光機制中之協同作用。此創新設計理念使研究者得以藉由離子取代與晶場調控策略，精準調控能階分布，藉以實現高量子效率與超寬頻放光之近紅外螢光材料，將為未來高效光源與先進光電應用奠定關鍵基礎。
近日，臺大理學院化學系特聘教授劉如熹及其研究團隊於國際頂尖期刊 Progress in Materials Science 上發表題為「Revolutionary Near-Infrared Phosphors with Emerging Structures and Mechanisms Driving Next-Generation Applications」之文章。此篇綜述文章系統性探討近紅外螢光粉從 NIR-I 至 NIR-III 之演進歷程，深入解析結構設計、能量轉移機制與新興應用潛能。本研究整合結構化理論、能量轉移機制及應用前景之全景式觀點，期望能為新一代近紅外螢光材料之研發奠定基礎。隨著人工智慧與永續材料理念之導入，未來近紅外螢光粉研究將朝向「跨尺度整合」與「智慧化設計」兩大方向發展，此將為高效照明、生醫影像及光通訊技術開啟新篇章。
本研究成果已於2025年10月10日發表於Progress in Materials Science: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101588 (Impact factor: 40.0)
圖一、螢光粉結構設計概念，揭示主體組成與活化劑間協同關係之示意圖。
圖二、近紅外光（Near-Infrared, NIR）螢光粉材料之未來前景，包括用於生物醫學之螢光粉奈米化、單晶纖維開發、人工智慧結構開發以及用於高功率應用之螢光粉玻璃複合材料。