一种具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法，属于无机荧光粉材料技术领域，化学式为Ca3R2‑

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机荧光粉材料
，具体涉及一种具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法。

技术介绍

[0002]近红外发光具有穿透深度大、灵敏度高、背景小等特点，在生物分析标记物等方面有重要的应用前景。红外荧光材料已经广泛地应用于科技、工业、农业以及人们的日常生活中。随着科学技术的发展，近年来发光材料又在一些新型器件中得到应用，然而这些照明和显示用荧光材料发光主要是在人眼敏感的可见光波段。而我们感兴趣的荧光材料，主要是在人眼不敏感的深红和近红外波段发光。深红和近红外荧光材料，吸收可见光、发射深红和近红外光。根据这一荧光特性，可以在红外跟踪仪、红外源探测仪、活体器官检测、深层组织检测、食品检测、植物照明等方面有潜在的应用前景，而直接应用于深红和近红外荧光材料的研究并不多见，其应用的重要瓶颈是其近红外发射带较窄。
[0003]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和红外激光发射的近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。
[0004]因此，开发具有宽带发射的近红外光源已成为一项迫在眉睫的工作，也是目前的主要发展方向。
专利技术内容
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法，通过在Ca3R2Al2SiO
12
基质中掺杂过渡金属元素Cr
3+
，Cr
3+
作为发光中心，制备出了具有宽带发射特性的近红外荧光粉，其可在波长为400～500nm的蓝光激发下，实现710～1050nm范围的宽带近红外发射，发射峰位于850nm。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案来实现的。
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种具有宽带发射的近红外荧光粉，化学式为Ca3R2‑
x
Cr
x
Al2SiO
12
，以Cr
3+
为发光中心，其中R为Hf
4+
和/或Zr
4+
，x为摩尔分数且0.001≤x≤0.3。
[0008]优选地，还掺杂有Ln，Ln掺杂后的化学式为Ca3‑
y
Ln
y
R2‑
x
Cr
x
Al2SiO
12
，Ln为Y
3+
、Lu
3+
、La
3+
和Gd
3+
中的一种或多种，y为摩尔分数且y≤0.3。
[0009]优选地，所述荧光粉在波长为400～500nm的蓝光激发下，可实现710～1050nm的宽带近红外发射，且发射峰值在850nm。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供上述具有宽带发射的近红外荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、分别按如下化学计量比称取含有各元素的化合物：Ca3‑
y
Ln
y
R2‑
x
Cr
x
Al2SiO
12
，其中R为Hf
4+
和/或Zr
4+
，Ln为Y
3+
、Lu
3+
、La
3+
和Gd
3+
中的一种或多种，x、y分别为摩尔分数且0.001≤x≤0.3，0≤y≤0.3；
[0012]S2、将S1称取的各原料与助熔剂混合均匀，制得混合物；
[0013]S3、将S2制备的混合物在还原气氛下，于1400～1550℃进行烧结处理，制得近红外荧光粉。
[0014]优选地，S2中，所述助熔剂为H3BO3、NH4F和CaF2中的一种或多种。
[0015]优选地，S2中，所述助熔剂的用量为S1中所称取的原料总重量的1～10％。
[0016]优选地，S3中，在烧结之前可先在空气气氛下，于850～1000℃下进行预烧结处理。
[0017]优选地，S3中，烧结时间为2～12h。
[0018]优选地，S1中，Ca、Hf、Zr和Cr元素可分别通过含有相应离子的氧化物、碳酸盐、硝酸盐和卤化物中的一种或多种引入。
[0019]优选地，S1中，Al元素可通过相应的氧化物、硝酸盐和卤化物中的一种或多种引入；Si元素可通过二氧化硅和/或正硅酸乙酯引入。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果:
[0021](1)本专利技术通过在Ca3R2Al2SiO
12
基质中掺杂过渡金属元素Cr
3+
，Cr
3+
作为发光中心，制备出了具有宽带发射特性的近红外荧光粉，其可在波长为400～500nm的蓝光激发下，实现710～1050nm范围的宽带近红外发射，发射峰位于850nm，其中R为Hf
4+
和/或Zr
4+
；
[0022](2)为了增强荧光粉的近红外发光强度，可在上述荧光粉中掺杂Ln，Ln为Y
3+
、Lu
3+
、La
3+
和Gd
3+
中的一种或多种，上述Cr
3+
取代4价的R，由于化合价不匹配，因此用Ln取代Ca
2+
起到电荷补偿作用，使得材料阴阳离子化合价相匹配，从而可进一步提高掺杂过渡金属元素Cr
3+
后材料的发光强度；
[0023](3)本专利技术提供的具有宽带发射特性的近红外荧光粉，其激发和发射波长范围宽，发光强度高，稳定性高，制备工艺简单，易于操作控制，安全性高，制备时间短，适用于工业化大规模生产及推广应用。
附图说明
[0024]为了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，但是应当理解，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。
[0025]图1为本专利技术实施例1中荧光粉的XRD谱；
[0026]图2为本专利技术实施例1与实施例2中荧光粉的发射光谱；其中曲线1为实施例1，曲线2为实施例2；
[0027]图3为本专利技术实施例1中荧光粉的激发光谱。
具体实施方式
[0028]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0029]下述各实施例中所述实验方法和检测方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有宽带发射的近红外荧光粉，其特征在于，化学式为Ca3R2‑
x
Cr
x
Al2SiO
12
，以Cr
3+
为发光中心，其中R为Hf
4+
和/或Zr
4+
，x为摩尔分数且0.001≤x≤0.3。2.根据权利要求1所述的具有宽带发射的近红外荧光粉，其特征在于，还掺杂有Ln，Ln掺杂后的化学式为Ca3‑
y
Ln
y
R2‑
x
Cr
x
Al2SiO
12
，Ln为Y
3+
、Lu
3+
、La
3+
和Gd
3+
中的一种或多种，y为摩尔分数且y≤0.3。3.根据权利要求1或2所述的具有宽带发射的近红外荧光粉，其特征在于，所述荧光粉可在波长为400～500nm的蓝光激发下，实现710～1050nm的宽带近红外发射，且发射峰值在850nm。4.根据权利要求1或2所述的具有宽带发射的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别按如下化学计量比称取含有各元素的化合物：Ca3‑
y
Ln
y
R2‑
x
Cr
x
Al2SiO
12
，其中R为Hf<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹，刘燕，周文平，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：