一种短波红外发光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种短波红外发光材料及其制备方法和包含该发光材料的发光器件。短波近红外发光材料为：Gd3‑

【技术实现步骤摘要】
一种短波红外发光材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于发光材料
，具体涉及一种短波红外发光材料，特别涉及一种在可见光激发下能够高效发射短波红外光的材料，并进一步公开其制备方法，以及包含该材料的发光器件。

技术介绍

[0002]短波红外(900
–
2500nm)发光材料在太阳光谱转换与模拟、光通讯、机器视觉、生物医疗和近红外光谱技术等诸多领域具有重要应用。特别是，近年来，随着光电子设备朝着高能效、可集成化发展，传统的钨灯、卤素灯以及超连续激光等近红外光源的效率低且体积大，已不能满足应用需求。尽管近红外半导体发光二极管(LED)是一种高效的全固体光源，已被应用于安防监控等领域，但是很多应用场景需要超宽带光源或者多波段发射光源，而LED芯片的发射带窄，需要集成多颗芯片，从而造成工艺复杂、成本高、光谱稳定性差，最终限制了这类近红外LED光源的应用。相比而言，采用“可见光LED+近红外发光材料(荧光粉)”的荧光转换型LED的效率较高、体积小，而且通过近红外或可见光荧光粉可以实现超宽带或者多波段白光和近红外光同时发射，封装工艺简单、价格低，因此是一种非常有潜力多功能固态光源。
[0003]发射峰值位于700
–
900nm的高效近红外发光材料已经在现有的公开专利或非专利文献中经常报道，例如，中国专利CN108913137B、CN108795424B和 CN111117618A。
[0004]然而，在短波红外(900
–
2500nm)波段尚缺乏能够可见光激发的高效发光材料。发光材料的光
‑
光转换能力取决于对激发光的吸收效率和发光量子产率(内量子效率)。众所周知，对于具有特定晶体结构的发光材料，激活离子的掺杂浓度决定了其对激发光的吸收能力。尽管掺杂浓度越高，对激发光的吸收效率越高，但是由于浓度猝灭效应，发光量子效率一般随着掺杂浓度而显著下降，因此存在一个较低的浓度值，使得发光材料的光
‑
光转换能力(外量子效率)最强。例如，非专利文献(Adv.Optical Mater.2021,9,2001660；Adv.Optical Mater. 2020,8,1901684和Chem.Mater.2020,32,2430
‑
2439)中敏化离子Cr
3+
浓度仅分别为4mol％、4mol％和6mol％；中国专利CN111423881B中，Cr
3+
的最大浓度为0.015；CN110157417A专利中Cr
3+
的最大浓度为0.10；又如，在非专利文献 Chem.Mater.2021,33,21,8360
–
8366中，采用了高浓度Cr
3+
，内量子效率仅为 50％左右。
[0005]现有技术缺少了一种吸收效率高且内量子效率高的短波红外发光材料。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种吸收效率高且内量子效率高的短波红外发光材料及其制备方法，吸收效率高且内量子效率高。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一、一种短波红外发光材料：
[0009]所述发光材料的化学式为：Gd3‑
y
A
y
Sc2‑
x
‑
n
Cr
x
Al
n
Ga3O
12
或者 Gd3‑
y
A
y
B
m
Sc2‑
x
‑
n
Cr
x
Al
n
Ga3O
12
，其中，A为Yb、Er和Tm的一种或其任意组合， B为La、Tb、Y和Lu的一种或其任意组合；x、y、m和n取值范围分别为： 0.15≤x≤0.5，0.03≤y≤0.2，0<m≤1，0<n≤2。
[0010]所述的发光材料的主晶格具有石榴石结构，属于立方晶系。
[0011]所述的A为Yb和Er，0.2≤x≤0.3，0.03≤y≤0.1，0<m≤0.3，0.3≤n≤1。
[0012]所述的发光材料在波长为400
–
700nm的可见光激发下，发射峰值位于900
–ꢀ
1100nm或者1450
–
1700nm的短波红外光，且短波红外光强度占到整体发光强度的70％以上。
[0013]本专利技术的短波红外发光材料以Cr
3+
和A
3+
共掺杂，其中Cr
3+
主要作为A
3+
的敏化中心，A
3+
作为发光中心。
[0014]二、一种短波红外发光材料的制备方法，方法包括如下步骤：
[0015]按照Gd3‑
y
A
y
B
m
Sc2‑
x
‑
n
Cr
x
Al
n
Ga3O
12
中的化学计量比称取含有Gd、A、B、Sc、 Cr、Al、Ga元素的化合物，同时加入一定重量百分比的助熔剂充分研磨或者搅拌，得到混合物；
[0016]将混合物在1250
–
1450℃下，在空气、氩气或氮气中烧结2
–
10h，冷却后适当研磨，亦可重复烧结一到两次；依次经过洗涤、分级等处理后即得到所述的短波红外发光材料。
[0017]所述的助熔剂为硼酸、氟化氢铵或氟化钡等。
[0018]所述化合物为高纯氧化物、碳酸盐、硝酸盐或者卤化物等无机化合物
[0019]三、一种短波红外发光器件：
[0020]所述荧光转换体至少包括权利要求1
–
6中任一项所述的短波红外发光材料。
[0021]所述激发光源包括发光二极管LED或有机发光二极管OLED。
[0022]所述荧光转换体吸收所述LED芯片发出的可见光，并将其转换为短波近红外光；所述LED芯片发射400
–
500nm或者600
–
700nm的可见光；所述荧光转换体中至少包含本专利技术所述的近红外发光材料，还可以包含能够被LED芯片激发的可见光发光材料或者其他近红外发光材料，例如绿色荧光粉Lu3Al5O
12
:Ce
3+
和红色荧光粉CaAlSiN3:Eu
2+
，深红光荧光粉Al2O3:Cr
3+
、近红外荧光粉 BeAl2O4:Ti
3+
和Ca2LuHf2Al3O
12
:Cr
3+
；所述的荧光转换体可以是通过将发光材料混入到环氧树脂、有机硅脂、低熔点玻璃等透明封装材料固化而得，也可以直接通过热压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短波红外发光材料，其特征在于：所述发光材料的化学式为：Gd3‑
y
A
y
Sc2‑
x
‑
n
Cr
x
Al
n
Ga3O
12
或者Gd3‑
y
A
y
B
m
Sc2‑
x
‑
n
Cr
x
Al
n
Ga3O
12
，其中，A为Yb、Er和Tm的一种或其任意组合，B为La、Tb、Y和Lu的一种或其任意组合；x、y、m和n取值范围分别为：0.15≤x≤0.5，0.03≤y≤0.2，0<m≤1，0<n≤2。2.根据权利要求1所述的短波红外发光材料，其特征在于，A为Yb和Er，0.2≤x≤0.3，0.03≤y≤0.1，0<m≤0.3，0.3≤n≤1。3.根据权利要求1或2所述的短波红外发光材料，其特征在于：所述的发光材料在波长为400
–
700nm的可见光激发下，发射峰值位于900
–
1100nm或者1450
–
1700nm的短波红外光，且短波红外光强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文戈，邱建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：