一种具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用技术

一种具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用，属于发光材料技术领域。解决了如何提供一种适合近紫外光和蓝光芯片激发的具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用的问题。本发明专利技术的近红外荧光粉，化学通式为：Ca2+xLn1‑x‑yZr2‑xAl3O12:xCr3+,yCe3+，且以Cr3+为发光中心；式中，Ln为Y3+、Lu3+和Gd3+中的一种或多种，x和y均为摩尔分数，取值范围分别为：0

A near infrared phosphor with broadband emission characteristics and its preparation and Application

The invention relates to a near infrared phosphor with broadband emission characteristics, a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of luminous materials. The problem of how to provide a near infrared phosphor with broadband emission characteristics suitable for near ultraviolet and blue light chip excitation and its preparation method and application are solved. The near-infrared phosphor of the invention has the chemical general formula of Ca2+xLn1_x_yZr2_xAl3O12:xCr3+, yCe3+, and takes Cr3+ as the luminous center; in the formula, Ln is one or more of Y3+, Lu3+ and Gd3+, X and y are molar fractions, and the value range is 0:0, respectively.

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用
本专利技术属于发光材料
，具体涉及一种具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用。
技术介绍
近红外光源在各种新兴需求快速发展的背景下，获得了大家的极大关注。例如在人脸识别领域，红外光源作为主动光源照射人脸，然后通过相机成像，可以克服不同环境光对成像的影响。并且红外光人眼不可见，不会对人眼产生干扰，不会降低用户舒适度。因此红外光人脸识别技术成为人脸识别技术的主流方案。此外，利用人体组织对不同波长红外光吸收能力不同的特性，可以利用红外光检测心跳、血氧浓度等。红外光源还应用在安全监控、结构光技术、自动驾驶辅助系统、光纤通讯、信息处理、生物传感器和荧光免疫分析等方面。目前的近红外光源主要有钨灯、红外LED和红外激光。钨灯是传统的红外光源，具有发射谱带宽、亮度大的优势，但是其效率低、体积大、寿命短，并且光谱中包含大量的可见光。红外LED和红外激光具有效率高、体积小的优势，近年来在应用中获得快速普及。但是红外LED和红外激光发射的红外光的带宽非常窄，限制了其在一些领域中的应用。例如，在光学相干断层成像技术中需要具有宽带发射特性的红外光源，可以同时提供两束不同波段的相干红外光。有鉴于此，亟需一种具有宽带发射特性的红外光源。
技术实现思路
本专利技术的目的是如何提供一种适合近紫外光芯片和蓝光芯片激发的具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：具有宽带发射特性的近红外荧光粉，该荧光粉的化学通式为：Ca2+xLn1-x-yZr2-xAl3O12:xCr3+,yCe3+，且以Cr3+为发光中心；式中，Ln为Y3+、Lu3+和Gd3+中的一种或多种，x和y均为摩尔分数，取值范围分别为：0<x≤0.15，0≤y≤0.1。上述具有宽带发射特性的近红外荧光粉的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按化学计量比分别称取含有Ca2+的化合物、含有Ln3+的化合物、含有Zr2+的化合物、含有Al3+的化合物、含有Cr3+的化合物和含有Ce2+的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物；步骤二、将混合物于1400-1650℃下，还原气氛中，煅烧3-8h，得到烧结体；步骤三、将烧结体研磨后，经洗涤、过滤、烘干，即得具有宽带发射特性的近红外荧光粉。优选的是，采用CO或者H2和N2的混合气作为还原气氛。优选的是，所述烧结的温度为1550-1600℃，时间为4-6h。上述具有宽带发射特性的近红外荧光粉的应用，先将具有宽带发射特性的近红外荧光粉与胶水混合，得到含有荧光粉的胶水，然后将含有荧光粉的胶水涂覆在LED芯片上，固化后得到近红外LED光源；所述LED芯片为近紫外光LED芯片或蓝光LED芯片。优选的是，所述胶水为环氧树脂或者硅胶。优选的是，所述含有荧光粉的胶水中，荧光粉的质量分数为10-40％。优选的是，所述LED芯片为正装结构或倒装结构，波长均为400nm-470nm。优选的是，所述近红外LED光源还包含LED支架，LED芯片粘接在LED支架上，并通过金属线或导电胶与LED支架的正负极连接。优选的是，所述LED支架为SMD支架或COB支架。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的具有宽带发射特性的近红外荧光粉，其特点是以过渡金属元素Cr3+离子作为发光中心，利用其3d轨道受晶体场大小调控的特点，将其置于拥有弱场环境的正八面体配位基质材料中，可以实现宽带的近红外发射。为增强Cr3+的吸收，进一步引入敏化剂Ce3+，利用Ce3+具有强的4f-5d跃迁吸收的特点，将吸收的能量传递给发光中心Cr3+，能够有效增强荧光粉的吸收。用Ca2+取代Ln3+离子，补偿Cr3+取代Zr4+时的电荷失配，稳定Cr3+的价态，起到电荷补偿和半径补偿的作用。本专利技术提供的具有宽带发射特性的近红外荧光粉可在400nm-470nm范围波长光激发下，发射700nm-850nm的宽带近红外光。本专利技术提供的具有宽带发射特性的近红外荧光粉可作为近紫外LED芯片和蓝光LED芯片的光转换材料，实现宽带的近红外发光光源，弥补目前红外LED和红外激光器带宽窄的问题，可满足血氧检测或者相干断层成像等应用中对宽带红外光源的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为实施例1的Ca2.02Lu0.98Zr1.98Al3O12:0.02Cr3+的XRD衍射图谱。图2为实施例1的Ca2.02Lu0.98Zr1.98Al3O12:0.02Cr3+的发射光谱图(450nm激发)。图3为实施例1的Ca2.02Lu0.98Zr1.98Al3O12:0.02Cr3+的激发光谱图(监测760nm)。图4为实施例1的Ca2.02Lu0.98Zr1.98Al3O12:0.02Cr3+封装的白光LED电致发光光谱图。图5为实施例2的Ca2.02Lu0.96Zr1.98Al3O12:0.02Cr3+,0.02Ce3+封装的白光LED电致发光光谱图。具体实施方式为了进一步了解本专利技术，下面结合具体实施方式对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。本专利技术的具有宽带发射特性的近红外荧光粉，化学通式为：Ca2+xLn1-x-yZr2-xAl3O12:xCr3+,yCe3+，且以Cr3+为发光中心；式中，Ln为Y3+、Lu3+和Gd3+中的一种或多种，x和y均为摩尔分数，取值范围分别为：0<x≤0.15，0≤y≤0.1，优选的0.04<x≤0.1，0≤y≤0.05。该荧光粉在400nm-470nm范围波长光激发下，发射700nm-850nm的宽带近红外光。本专利技术的具有宽带发射特性的近红外荧光粉的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按化学计量比分别称取含有Ca2+的化合物、含有Ln3+的化合物、含有Zr2+的化合物，含有Al3+的化合物，含有Cr3+的化合物和含有Ce2+的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物；其中，通常，含有Ca2+的化合物为含有Ca2+的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或者其任意组合；含有Lu3+的化合物为含有Lu3+的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或者其任意组合；含有Zr2+的化合物为含有Zr2+的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或者其任意组合；含有Al3+的化合物为含有Al3+的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或者其任意组合；含有Cr3+的化合物为含有Cr3+的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或者其任意组合；含有Ce2+的化合物为含有Ce2+的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或者其任意组合。步骤二、将混合物于1400-1650℃下，还原气氛中，煅烧3-8h，得到烧结体；其中，采用CO或者H2和N2的混合气作为还原气氛，烧结的温度优选为1550-1600℃，时间优选为4-6h。步骤三、将烧结体研磨后，经洗涤、过滤、烘干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有宽带发射特性的近红外荧光粉，其特征在于，该荧光粉的化学通式为：Ca2+xLn1‑x‑yZr2‑xAl3O12:xCr3+,yCe3+，且以Cr3+为发光中心；式中，Ln为Y3+、Lu3+和Gd3+中的一种或多种，x和y均为摩尔分数，取值范围分别为：0

【技术特征摘要】
1.具有宽带发射特性的近红外荧光粉，其特征在于，该荧光粉的化学通式为：Ca2+xLn1-x-yZr2-xAl3O12:xCr3+,yCe3+，且以Cr3+为发光中心；式中，Ln为Y3+、Lu3+和Gd3+中的一种或多种，x和y均为摩尔分数，取值范围分别为：0<x≤0.15，0≤y≤0.1。2.权利要求1所述的具有宽带发射特性的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按化学计量比分别称取含有Ca2+的化合物、含有Ln3+的化合物、含有Zr2+的化合物、含有Al3+的化合物、含有Cr3+的化合物和含有Ce2+的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物；步骤二、将混合物于1400-1650℃下，还原气氛中，煅烧3-8h，得到烧结体；步骤三、将烧结体研磨后，经洗涤、过滤、烘干，即得具有宽带发射特性的近红外荧光粉。3.根据权利要求2所述的具有宽带发射特性的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，采用CO或者H2和N2的混合气作为还原气氛。4.根据权利要求2所述的具有宽带发射特性的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1550-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，张晟，张家骅，张霞，郝振东，潘国徽，武华君，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22