一种宽带短波红外发光材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于短波红外发光材料技术领域，涉及一种宽带短波红外发光材料及制备方法和应用。宽带短波红外发光材料包括：Li1‑

【技术实现步骤摘要】
一种宽带短波红外发光材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于短波红外发光材料
，涉及一种宽带短波红外发光材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]短波红外(SWIR，波长范围900
–
1700nm)光谱技术正成为一种快速、方便、无创、无损的分析技术，表现出优异的光谱特性，包括肉眼不可见、在雾霾、烟雾和灰尘中具有高穿透能力、在生物组织中具有低的光散射和吸收，因此短波红外光谱技术在产品分选、水分检测、化学分析、生物成像和夜视监控等领域受到了广泛关注。目前，用于光谱分析的SWIR光源主要有白炽卤素灯、激光器和发光二极管(LED)，但同时它们各有优缺点：卤素灯可以产生从可见光到红外光的连续发射，但尺寸大、寿命短、效率低、灯泡温度高；激光二极管或光纤激光器具有很高的辐射率，但激光束的相干性和窄带发射光谱阻碍了其在工业视觉方面的应用；超连续谱激光器由于其发散角小、功耗高、成本相对较高，也无法满足广泛的应用。SWIR
‑
LED芯片具有体积小、适用于智能SWIR器件的优点，是一种很有吸引力的固态光源，但光谱覆盖范围窄(<50nm)、输出功率低、成本高等特点也限制了其在SWIR光谱
的应用。与上述SWIR光源相比，基于商用高功率蓝光LED芯片与SWIR荧光粉结合的荧光粉转换LED正逐步成为新型固态SWIR光源的理想选择，凭借成熟的荧光粉转换白光LED技术，得到的SWIR器件输出功率高，价格低廉以及使用寿命长。尽管具备这些优点，但在可见光区域(特别是蓝光)具有理想的吸收带、在SWIR区具有宽带发射和高发光效率的SWIR荧光粉的研制仍然是一项具有挑战性的工作。
[0004]掺杂镧系元素通常可以实现SWIR发射，包括Yb
3+
、Nd
3+
、Pr
3+
、Sm
3+
、Tm
3+
和Er
3+
离子。这些镧系元素掺杂的发光体通常位于无机基质中(例如光学玻璃和陶瓷)。然而将可见光LED与掺杂镧系离子的玻璃荧光粉相结合得到的SWIR荧光粉转换LED，由于4f
‑
4f禁带跃迁，光谱带宽窄，效率低，限制了其广泛应用。近年来，三价铬(Cr
3+
)正成为一种良好的近红外(NIR)发光中心，因为Cr
3+
激活的无机材料可以产生从～700nm到～1000nm的宽带发射，发射主峰位置取决于基质晶格的晶体场强度。近些年来，随着科研人员的不断研究，已经制备并报道了一系列具有高发光效率和合适波长的Cr
3+
掺杂宽带近红外发光材料，并在经济高效的便携式和小型化近红外发光二极管中展示出一定的应用潜力。然而，到目前为止，这些发光材料的最佳发射峰位置最大只能达到1100nm左右，这对于SWIR光谱学应用来说是远远不够的。与此同时，通过二价镍(Ni
2+
)离子的掺杂可以实现材料的短波红外发光，Ni
2+
激活的无机材料可以产生波长大于1000nm的可调谐发射。然而有关Cr
3+
/Ni
2+
共掺杂的宽带近红外发光材料的研究及其在SWIR LED器件中的开发和应用进展相当缓慢，仍无法满足夜视监控、短波红外光谱技术和生物医学成像等高级应用的需求。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的铬掺杂的近红外发光材料发射波长短(发射峰值小于1100nm)、发射半峰宽小等问题，本专利技术提出一种宽带短波红外发光材料及制备方法和应用，该短波红外(SWIR)发光材料可被蓝光高效激发，主要发射区域位于700
‑
1600nm的宽带红外光区，发光峰值位于～1350nm，最佳激发峰位于～450nm。
[0006]具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]在本专利技术第一方面，本专利技术提出一种宽带短波红外发光材料，包括：
[0008]Li1‑
z
A
z
Mg1‑
x
‑
y
‑
c
B
c
PO4:xCr
3+
,yNi
2+
，其中0≤x≤10％，0＜y≤1％，x，y分别为Cr和Ni占(LiA)(MgB)PO4的摩尔百分比；0≤z<1，A
+
为Na
+
和K
+
的一种或多种；0≤c<1，B
2+
为Ca
2+
，Sr
2+
和Ba
2+
的一种或多种。
[0009]在本专利技术第二方面，本专利技术提出一种宽带短波红外发光材料的制备方法，包括：将物料混合，先进行低温预烧，然后进行高温烧结，得到宽带短波红外发光材料。
[0010]在本专利技术的第三方面，本专利技术提出一种宽带短波红外LED器件，至少包含发光光源和荧光粉，所述荧光粉至少包括所述的一种宽带短波红外发光材料。
[0011]本专利技术一个或多个实施例具有以下有益效果：
[0012](1)本专利技术制备的材料在蓝光(激发峰值～450nm)和红光(激发峰值～612nm)激发后均可以在短波红外区(700
–
1600nm)产生光发射，发光峰值位于～1350nm处。
[0013](2)本专利技术制备的宽带短波红外发光材料，不仅物相纯度高，结晶性能好，短波红外发光强度高，而且制备方法简单易行，对设备要求低，不需要气氛保护，无副产物，适合大规模工业化生产，具有良好的应用前景。
[0014](3)本专利技术制备的短波红外LED器件，制备方法简单，可在不同电流下发出强度不同的短波红外光，可用于夜视、光学防伪、生物医学和短波红外光谱学技术等领域。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的宽带短波红外发光材料的X射线衍射图谱；
[0017]图2为本专利技术实施例1制备的宽带短波红外发光材料的激发光谱和发射光谱；
[0018]图3为本专利技术实施例1制备的宽带短波红外LED器件；
[0019]图4为本专利技术实施例1制备的宽带短波红外LED器件在夜视和光学防伪应用领域的示意图。
[0020]图5为本专利技术实施例2制备的宽带短波红外发光材料的激发光谱和发射光谱；
[0021]图6为本专利技术实施例3制备的宽带短波红外发光材料的激发光谱和发射光谱；
[0022]图7为本专利技术实施例4制备的宽带短波红外发光材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带短波红外发光材料，其特征在于，包括：Li1‑
z
A
z
Mg1‑
x
‑
y
‑
c
B
c
PO4:xCr
3+
,yNi
2+
，其中0≤x≤10％，0＜y≤1％，x，y分别为Cr和Ni占(LiA)(MgB)PO4的摩尔百分比；0≤z<1，A
+
为Na
+
和K
+
的一种或多种；0≤c<1，B
2+
为Ca
2+
，Sr
2+
和Ba
2+
的一种或多种。2.根据权利要求1所述的宽带短波红外发光材料，其特征在于，0.5％≤x≤5％，0.001％＜y≤0.05％，0≤z≤0.2，0≤c≤0.2；优选地，0.5％≤x≤1％，进一步优选为0.5％。优选地，0.001％≤y≤0.03％，进一步优选为0.01％。3.根据权利要求1所述的宽带短波红外发光材料，其特征在于，所述宽带短波红外发光材料选自LiMgPO4:0.5％Cr
3+
,0.001％Ni
2+
、Li
0.8
Na
0.2
MgPO4:0.5％Cr
3+
,0.001％Ni
2+
、Li
0.8
K
0.2
MgPO4:0.5％Cr
3+
,0.001％Ni
2+
、LiMg
0.8
Ca
0.2
PO4:0.5％Cr
3+
,0.001％Ni
2+
、LiMg
0.8
Sr
0.2
PO4:0.5％Cr
3+
,0.001％Ni
2+
、LiMg
0.8
Ba
0.2
PO4:0.5％Cr
3+
,0.001％Ni
2+
、LiMgPO4:0.5％Cr
3+
,0.01％Ni
2+
、LiMgPO4:0.5％Cr
3+
,0.1％Ni
2+
和LiMgPO4:0.1％Ni
2+
。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁延杰，苗世海，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：