一种宽带近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一种近红外宽带发光材料及其制备方法和应用。本发明专利技术所述的荧光发光材料的化学组分通式为A2Mg1‑

【技术实现步骤摘要】
一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及发光材料，特别涉及一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近红外(NIR)区域是指波长范围为780～2526nm的电磁波的一小部分，由于其不可见的特性以及很强的穿透能力，近红外光源受到越来越多的关注，从近红外光谱到光通信、夜视、光动力治疗、生物医学成像等领域都有着极为广泛的应用。最新报道的近红外光源的发射主要限制在小于1000nm的短波近红外区域。然而，根据瑞利散射，近红外二区(NIR
‑
II，1000
‑
1700nm)光由于较低的光学散射系数而优于近红外一区(NIR
‑
I，700
‑
1000nm)光。相较于近红外一区(NIR
‑
I，700
‑
1000nm)，近红外二区荧光具备在生物体内散射低、组织穿透深且成像分辨率高的优势，使其成为颇具发展潜力的技术。在这方面需要更宽的近红外光作为近红外光源的定量分析和诊断技术支撑，以获得全面的化学和物理信息。目前市面上已有的近红外光源有两种，其一是包括钨/卤素灯和球形灯的热光源，虽然拥有超宽的带宽，但不可避免地存在体积大、功耗高、寿命有限、散热严重等缺点。另一个就是像激光器和发光二极管这类非热光源，也因为极窄的带宽和光谱不稳定而影响其应用。因此探索新型覆盖1100
‑
1700nm波段的近红外发光材料具有重要的意义。
[0003]稀土离子发光来源于4f/>‑
4f电子层跃迁，因其受到最外层电子屏蔽，发光的带宽受到很大限制，无法满足超宽带发光的要求。过渡金属离子发光来源于3d电子层跃迁，受周围配位场影响明显，可以实现近红外波段的宽带发光。能在光通信波段1000～1700nm宽带发光的过渡金属元素主要集中在Cr
4+
、Ni
2+
、Mn
6+
、V
2+
中，然而Cr
4+
、Mn
6+
、V
2+
在材料中价态不稳定，必须进行价态调控以获得所期望的红外活性中心，大大限制了其在增益材料中的应用。
[0004]由于过渡金属离子Ni
2+
的特殊电子壳层结构，使得Ni
2+
离子在八面体六配位的环境中发光一般具有可调控性以及在近红外区具有宽带吸收和发射特性。同时Ni
2+
的价态稳定，无需特殊的气氛控制，相比于其他过渡金属元素，Ni
2+
作为近红外发光中心具有明显优势。关于Ni
2+
离子近红外宽带发光的研宄最早可以追溯到上世纪60年代，Takenobu Suzuki等人在室温下观察到MgGa2O4：Ni
2+
尖晶石在1100nm
‑
1600nm范围内有很宽的发射带(Journal of Luminescence 113(2005)265
–
270)。C.Matuszewska和L.Marciniak两人在(Sr,Ca,Ba,Mg)TiO3：Ni
2+
中实现了1100nm
‑
1600nm的宽带发光，并且随着基质的不同，Ni
2+
离子的发射峰会有着500nm左右的偏移(Journal of Luminescence 223(2020)117221)。Guanliang Yu等人在Ni2+离子掺杂的钙钛矿NaSbO3晶格中报道了中心波长为1430nm、半峰全宽(FWHM)为230nm的宽带NIR发射(Ceramics International 47(2021)776
–
781)。Cuiping Wang等人在镍掺杂Zn
1+y
Sn
y
Ga2‑
2y
O4固溶体中实现了1100nm
‑
1600nm的宽带发光(J.Mater.Chem.C,2021,9,4583
–
4590)。Feng Liu等人在Zn3Ga2Ge2O
10
:Ni
2+
中实现了1050
‑
1600nm的超宽发光(Adv.Optical Mater.2016,4,562
–
566)。Lifang Yuan等人在石榴石固溶体Y3Al2Ga3O
12
中实现了宽带发光，其发射中心位于1450nm，最大半高宽为300nm(ACS Appl.Mater.Interfaces2022,14,4265
‑
4275)。E.Martins
a
等人在BaLiF3:Ni
2+
中实现了
1100nm
‑
2000nm的超宽发光(Journal of Luminescence 62(1994)281—289)。
[0005]综合目前对于掺镍近红外发光荧光粉的研究情况来看，其中大都数都是以锗酸盐或者镓酸盐作为基质材料，但两者的价格相较而言都很贵，而钛酸盐的成本低，且材料易得。其次，基于各种氟化物合成的掺镍近红外发光荧光粉虽然发光带宽更宽，但是产品在生产和使用过程中会对环境造成污染。本专利技术基于(Y,Gd)2MgTiO6基质掺镍的近红外发光材料增加了宽带近红外发光荧光粉的品种。基于(Y,Gd)2MgTiO6掺杂Ni
2+
离子的近红外荧光粉能够有效的被多种波段的光源激发。相比而言，该材料发光实现覆盖近红外波段1100
‑
1700nm的宽带，还具备成本低廉，原料易得，工艺简单，而且生产过程对环境友好，无废气废液排放等优势。

技术实现思路

[0006]针对现有锗酸盐或者镓酸盐价格昂贵，以及氟化物污染环境等问题开发一种价格低廉，对环境无污染，且拥有良好的宽带近红外发光特性的荧光粉是很重要的。本专利技术提供的宽带近红外发光荧光粉材料化学性能稳定，其吸收带覆盖多个波段，能够有效的被多种波段的光源激发。同时能够实现覆盖近红外波段1100
‑
1700nm的宽带发光，发射带最大半高宽为270nm。还具备成本低廉，原料易得，工艺简单，而且生产过程对环境友好，无废气废液排放等优势。本专利技术的另一个目的在于提供上述宽带近红外发光荧光粉的制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种宽带近红外发光材料，以A2Mg1‑
x
TiO6为基质，其中A为Y或Gd，即以双钙钛矿结构(Y,Gd)2MgTiO6为基质，再利用过渡金属Ni
2+
离子在该基质的八面体六配位环境呈现出宽带近红外发光，所得材料的化学组成通式为A2Mg1‑
x
TiO6：xNi
2+
，其中0.01≤x≤0.08。
[0009]上述宽带近红外发光材料的制备方法，包括如下步骤：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带近红外发光材料，其特征在于，以双钙钛矿结构A2Mg1‑
x
TiO6为基质，其中A为Y或Gd，再利用过渡金属Ni
2+
离子在八面体六配位的环境呈现出宽带近红外发光，所得材料的化学组成通式为A2Mg1‑
x
TiO6：xNi
2+
，其中0.01≤x≤0.08。2.权利要求1所述的宽带近红外发光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)称样：按照化学组分通式A2Mg1‑
x
TiO6：xNi
2+
，其中A为Y或Gd，0.01≤x≤0.08，按照式中所对应的化学计量比称取原料氧化钇、氧化钆、氧化镁、二氧化钛和氧化镍；(2)混料：将称取的原料混合均匀，研磨得混合物；(3)煅烧：将步骤(2)所得混合物进行煅烧；(4)自然冷却，出料粉碎，即得宽带近红外发光材料。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳效良，罗雨，肖思国，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：