供稿：化學系 劉如熹 特聘教授
近年來，隨著生醫影像、夜視系統、食品檢測等技術快速發展，近紅外光（near-infrared, NIR）已成為新世代光電應用之重要光源。其中，波長超過1700奈米之近紅外線III區（NIR-III, 1700–2500 nm）因具備較低光散射與較低背景自體螢光優勢，可提升訊號收集效率並降低對待測系統之干擾，因而受國際材料與光電領域高度關注。然而，相較於已相對成熟之NIR-I與NIR-II螢光材料，能在NIR-III區域有效發光之固態螢光粉仍明顯不足。主要挑戰在於長波長發光對應較小之能階差，容易受晶格聲子誘發之多聲子非輻射弛豫影響，造成發光效率下降；同時，超過1700奈米後也面臨偵測器響應、量子效率量測、光譜校正等實驗限制，使材料評估與跨研究比較更加困難。
本院化學系劉如熹特聘教授研究團隊近期於國際頂尖期刊 Progress in Materials Science發表題為「Breaking the 1700 nm Barrier: Design Principles for Efficient NIR-III Solid-State Phosphors」之回顧性論文。系統性整理近年NIR-III固態螢光粉之材料發展，並以活化劑選擇、主體晶格設計、能量轉移機制及應用需求為主軸，建立可供後續研究參考之設計框架。本篇文章指出，實現高效NIR-III放光需要同時整合三項關鍵策略。第一，藉化學取代與陽離子工程調控局部晶場，使Ni2+等過渡金屬活化劑之寬頻發光向長波長紅移；第二，藉由奈米結構與界面工程降低表面缺陷與高頻振動造成之能量損失；第三，選擇低聲子能量、結構剛性佳且與活化劑匹配之主體晶格，並可進一步引入負熱膨脹材料概念，以提升高溫或高功率操作下的穩定性，如圖一所示。除材料設計原則外，研究團隊亦整理Ni2+、Tm3+、Ho3+等代表性NIR-III發光中心及其共摻雜能量轉移路徑，闡明從藍光可激發之過渡金屬系統到808/980 nm雷射驅動之稀土系統之發展趨勢。此整合觀點有助於研究者依應用需求選擇合適光源架構，例如寬頻光譜分析、深層組織影像、夜視照明及高功率近紅外發光二極體。面對未來，本文進一步提出NIR-III螢光粉發展路線圖，強調預測式材料模型、敏化與能量轉移工程、耐熱複合結構設計，以及標準化測試流程之重要性（圖二）。其中，量子效率、熱穩定性、1700奈米以上有效輸出、輻射通量等指標，將是推動NIR-III螢光粉由基礎研究走向實際元件應用的關鍵。
此篇綜述不僅總結NIR-III螢光材料之最新進展，也清楚指出現階段之瓶頸與未來方向。研究團隊期望藉此設計準則，促進高效率、長波長且具操作穩定性之固態近紅外光源開發，並為生醫成像、智慧感測、光通訊及先進光電系統提供重要材料基礎。
本研究成果已於2026年5月29日發表於Progress in Materials Science: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2026.101750 (Impact factor: 40.0)
圖一、藉材料設計與結構調控實現穩定之近紅外線III發射工程策略示意圖。
圖二、近紅外線III螢光粉未來發展將聚焦於預測模型、敏化工程、穩固複合材料設計及標準化測試四大關鍵方向。