一种近红外荧光陶瓷块、制备方法及应用技术

本申请公开了一种近红外荧光陶瓷块、制备方法及应用，所述荧光陶瓷块选自具有式Ⅰ所示化学通式的物质中的至少一种。该近红外荧光陶瓷块可被蓝光有效激发，发射效率极高，可作为远程荧光块体，用于大功率LED中获得高功率近红外LED光源。所述荧光陶瓷的制备方法具有成本低、工艺简单的优点。工艺简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种近红外荧光陶瓷块、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及发光材料领域，特别是涉及一种近红外荧光陶瓷块、制备方法及其在近红外LED光源中的应用。

技术介绍

[0002]宽带近红外光谱技术具有非破坏性，在农业、食品、健康、安全等检测分析领域具有广泛应用。传统近红外光源，如钨丝灯，存在寿命短、能耗高、效率低的问题。近红外发光二极管(LED)具有体积小、寿命长、高效、环保、节能等优点。但近红外LED芯片的近红外发射谱带窄，通常小于50nm，无法满足宽谱带的应用需求。2017年，欧司朗开创了基于蓝光LED芯片激发宽带近红外荧光粉，实现新一代宽带近红外光源的技术方案。近两年来，可被蓝光有效激发、具有宽带近红外发射特性的荧光材料成为研究的热点。
[0003]欧司朗采用的近红外荧光粉为La3Ga5GeO
14
:Cr
3+
，台湾大学刘如熹教授报道了该材料性能，其发射光谱覆盖了700-1100nm，半高宽330nm，350mA驱动时，近红外光源辐射功率为18.2mW，材料发光效率未知(Super broadband near-infrared phosphors with high radiant flux as future light sources for spectroscopy application,ACS Energy Letter 2018,3,2679-2684.)。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所张亮亮等人报道了Ca3Hf2Al2SiO
12
:Cr
3+
，其发射光谱为700-100nm，半高宽为117nm，内量子效率69％，为目前最高值；近红外光源辐射功率在100mA驱动时为46.09mW，130mA驱动时54.29mW(Cr
3+-doped broadband NIR garnet phosphor with enhanced luminescence and its application in NIR spectroscopy,Advanced Optical Materials 2019,1900185.)。陕西师范大学Jiao等人报道了Mg3Ga2GeO8:Cr
3+
，发射光谱为650-1200nm，半高宽为275nm，内效率仅为35％(An ultra-broadband near-infrared Cr
3+-activated gallogermanateMg3Ga2GeO
8 phosphor as light sources for food analysis,ACS Appl.Electron.Mater.2019,1,1046-1053.)。厦门大学解荣军教授报道了La2MgZrO6:Cr
3+
，发射光谱为700-1100nm，半高宽210nm，内量子效率为58％(Two-site occupation for exploring ultra-broadband near-infrared phosphor——double-perovskite La2MgZrO6:Cr
3+
,Chem.Mater.2019,31,5245-5253.)。
[0004]2019年，台湾大学刘如熹教授报道了La3GaGe5O
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:Cr
3+
近红外荧光材料，350mA驱动时，近红外光源辐射功率为65.2mW，为目前已知的大功率近红外LED器件中辐射功率最高值。(Ultra-broadband phosphors converted near-infrared light emitting diode with efficient radiant power for spectroscopy applications.ACS Photonics 2019,6,3215-3224.)
[0005]大功率近红外LED光源要求近红外发光材料具有更高的效率，近红外LED器件具有更多的辐射功率。传统的封装工艺中，由于采用的环氧树脂或者硅胶的导热性能较差，而LED芯片工作时的温度高达150℃，这很容易导致荧光粉发光的热衰减以及环氧树脂或者硅胶的老化、变黄。尤其是在大功率LED中，芯片表面会产生大量热量，而导致严重降低器件性
能和使用寿命。荧光陶瓷可以远离芯片热源，通过远程封装，在大功率LED器件中获得高性能。因此，可被蓝光LED芯片有效激发、具有高效率的近红外荧光陶瓷材料需亟待开发。

技术实现思路

[0006]根据本申请的第一个方面，提供了一种近红外荧光陶瓷块，该近红外荧光陶瓷块可被蓝光有效激发，发射效率极高，可作为远程荧光块体，用于大功率LED中获得高功率近红外LED光源。所述荧光陶瓷的制备方法具有成本低、工艺简单的优点。
[0007]所述近红外荧光陶瓷块，选自具有式Ⅰ所示化学通式的物质中的至少一种：
[0008](A
1-q
D
q
)
3-r
C
r
(Ga
1-s
E
s
)
t-v
Cr
v
O
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式I
[0009]其中：
[0010]A选自Gd、Y中的至少一种；
[0011]D选自La、Lu、Tb中的至少一种；
[0012]C选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ti、Mn、Sn中的至少一种；
[0013]E选自Al、B、In、Sc中的至少一种；
[0014]q、r、s、t、v分别表示对应元素的摩尔分数，且0≤q≤0.5，0≤r≤0.2，0≤s≤1.0，5≤t≤5.5，0.0001≤v≤1.0。
[0015]可选地，q的下限可选自0、0.1或0.3，上限可选自0.1、0.3或0.5；
[0016]v的下限可选自0.0001、0.01、0.1或0.5，v的上限可选自0.01、0.1、0.5或1.0；
[0017]s的下限可选自0、0.2、0.6或0.8，s的上限可选自0.2、0.6、0.8或1.0；
[0018]t的下限可选自5或5.2，上限可选自5.2或5.5；
[0019]r的下限可选自0、0.01或0.15或0.2，r的上限可选自0.01、0.15或0.2；
[0020]可选地，所述近红外荧光陶瓷块的发射光谱为650～1100nm。
[0021]可选地，所述近红外荧光陶瓷块的激发波长为350～750nm，优选420nm～500nm。
[0022]优选地，0≤q≤0.5，0.01≤r≤0.15，0≤s≤1.0，5≤t≤5.5，0.01≤v≤0.5。
[0023]根据本申请的第二个方面，提供了上述任一项近红外荧光陶瓷块的制备方法，包括以下步骤：
[0024](1)根据式Ⅰ中各元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外荧光陶瓷块，其特征在于，所述近红外荧光陶瓷块选自具有式Ⅰ所示化学通式的物质中的至少一种：(A
1-q
D
q
)
3-r
C
r
(Ga
1-s
E
s
)
t-v
Cr
v
O
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式I其中：A选自Gd、Y中的至少一种；D选自La、Lu、Tb中的至少一种；C选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ti、Mn、Sn中的至少一种；E选自Al、B、In、Sc中的至少一种；q、r、s、t、v分别表示对应元素的摩尔分数，且0≤q≤0.5，0≤r≤0.2，0≤s≤1.0，5≤t≤5.5，0.0001≤v≤1.0。2.根据权利要求1所述的近红外荧光陶瓷块，其特征在于，所述近红外荧光陶瓷的激发波长为420nm～500nm；所述近红外荧光陶瓷的发射光谱为650～1100nm。3.根据权利要求1所述的近红外荧光陶瓷块，其特征在于，0≤q≤0.5，0.01≤r≤0.15，0≤s≤1.0，5≤t≤5.5，0.01≤v≤0.5。4.权利要求1～3任一项所述的近红外荧光陶瓷块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据式Ⅰ中各元素摩尔配比，从A源、D源、C源、Ga源、E源、Cr源中选取反应原料，将选取的反应原料混合、灼烧，得到粉体；(2)对得到的粉体进行成型、冷等静压处理，得到素坯；(3)在含氧气氛中，对所述素坯进行烧结处理，得到预制陶瓷；(4)在还原气氛中，对所述预制陶瓷进行退火处理，得到所述近红外荧光陶瓷块。5.权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述A源选自A的氧化物、A的氟化物、A的氯化物、A的碳酸盐、A的硼酸盐、A的草酸盐、A的醋酸盐中的至少一种；所述D源选自D的氧化物、D的氟化物、D的氯化物、D的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永福，李瑞阳，孙鹏，蒋俊，江浩川，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：