突破 1700 奈米發光限制　臺大劉如熹團隊「近紅外線螢光粉」研究榮登頂尖期刊

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的重要光源。其中，波長超過 1700 奈米的近紅外線 III 區（NIR-III, 1700–2500 nm）因具備較低光散射與較低背景自體螢光的優勢，可提升訊號收集效率並降低對待測系統的干擾，因而受到國際材料與光電領域的高度關注。然而，相較於已相對成熟的 NIR-I 與 NIR-II 螢光材料，目前能在 NIR-III 區域有效發光的固態螢光粉仍明顯不足。其主要挑戰在於，長波長發光對應較小的能階差，容易受晶格聲子誘發的「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，使得材料評估與跨研究比較更加困難。

臺大理學院化學系特聘教授劉如熹研究團隊，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」的回顧性論文。該文系統性整理近年 NIR-III 固態螢光粉的材料發展，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的設計框架。文章指出，實現高效 NIR-III 發光需要同時整合三項關鍵策略：第一，藉由化學取代與陽離子工程調控局部晶場，使 Ni²⁺ 等過渡金屬活化劑的寬頻發光向長波長紅移；第二，透過奈米結構與界面工程，降低因表面缺陷與高頻振動所造成的能量損失；第三，選擇低聲子能量、結構剛性佳且與活化劑匹配的主體晶格，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，闡明從藍光可激發的過渡金屬系統，到 808/980 nm 雷射驅動的稀土系統的發展趨勢。此整合觀點有助於研究者依應用需求選擇合適的光源架構，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。面對未來發展，該文進一步提出 NIR-III 螢光粉的發展路線圖，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的重要性。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，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 螢光材料的最新進展，也清楚指出現階段的技術瓶頸與未來方向。研究團隊期望藉由這些設計準則，促進高效率、長波長且具備操作穩定性的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的材料基礎。

研究成果全文：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2026.101750