一种超宽带发射近红外荧光粉材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超宽带发射近红外荧光粉材料及其制备方法，所述近红外荧光粉材料的化学式为(0.95

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带发射近红外荧光粉材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种荧光粉材料及其制法，尤其涉及一种超宽带发射近红外荧光粉材料，还涉及上述荧光粉材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近红外光谱技术是一种重要的分析手段，广泛应用于医学、农业、环境等领域，具有快速、简便、非损伤等优点。在近红外光谱技术中，有机基团的特征吸收主要集中在较长波段，且近红外光源的谱带越宽，能够探测到的物质种类越多，其检测的全面性和准确性就越高。
[0003]然而，现有高效近红外发射体系的发射主要集中在小于1000nm波段，仍缺乏高效的长波发射体系；同时食品组分检测、工业或科研用光谱分析系统都需要谱带尽可能宽的连续近红外光源，但现有的近红外荧光粉的发射谱带红移或者向长波展宽时，往往伴随着发光效率的急剧衰减，极大的影响了上述研究的开展。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种波长更长、谱带更宽的近红外荧光粉材料，本专利技术的另一目的是还提供上述荧光粉材料的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的超宽带发射近红外荧光粉材料，其晶体结构为尖晶石结构，其化学式为(0.95
‑
y)MgO
·
(0.90
‑
0.5x)R2O3·
0.25MgF2:xCr
3+
,yNi
2+
，其中，R为元素Ga或Al中的至少一种；或者R为元素Ga、Al与Sc或In中至少一种的复合，0.01≤x≤0.08，0.001≤y≤0.01。
[0006]优选的，当R元素为Ga和Al同时共存时，Ga与Al元素的摩尔比为1：1；Sc或In的加入量为R元素总质量的0～10％。
[0007]本专利技术所述的荧光粉材料的制法，包括如下步骤：
[0008](1)取原料Mg、Cr、Ni和R的含氧化合物或其相应的盐类及Mg的含氟化合物，添加反应助熔剂密封灼烧；
[0009](2)取上述灼烧产物经后处理，即得到超宽带发射近红外荧光粉材料。
[0010]优选的，步骤(1)中，所述助熔剂为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属碳酸盐、硼酸中的一种或者多种。
[0011]优选的，步骤(1)中，所述助熔剂的用量为原料总重量的0.05％～3％。
[0012]优选的，步骤(1)中，所述灼烧条件为：温度为1200～1450℃，灼烧时间为2～8h。
[0013]优选的，步骤(2)中，所述煅烧，其升温速率为3～5℃/分钟，保温温度为270～300℃，保温时间为1.5～2h。
[0014]优选的，步骤(2)中，所述后处理具体为，将焙烧产物研磨成粉末，过200目筛后，洗涤1～3次，离心后将沉淀烘干。
[0015]优选的，所述沉淀烘干的温度为80℃～120℃。
[0016]专利技术原理：本专利技术的荧光粉材料在元素配比的选择上，采用尖晶石结构AB2O4为基质，其中A为Mg，B为R(Ga、Al、Sc或In中的一种或多种)，其中，Ga或Al元素更易形成尖晶石结构，因此在实际原料配比中需至少存在一种，在R元素的摩尔占比为50～100％，同时可以引入摩尔占比为0～10％的Sc或In元素作为固溶元素用于调节光谱形状；Cr
3+
和Ni
2+
为发光离子，利用Cr
3+
向Ni
2+
的能量传递，在蓝光激发下实现Cr
3+
和Ni
2+
共发光，光谱复合，获得发射覆盖范围超宽的近红外发射。建立在结构式AB2O4的基础上，本专利技术另添加氟元素阴离子增强刚性形成尖晶石结构，并且为弥补氟元素阴离子引入导致的电荷不平衡，在设计组分时，用过量20％的Mg元素替代原本的R元素，在此基础上引入发光中心离子，增加发光材料的发光效率和热稳定性，使荧光粉材料在发射和激发覆盖范围宽的同时，具有稳定、结晶性好的效果。
[0017]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)发射覆盖范围宽，可发射700～1600nm范围的近红外光，发光效率高和热稳定性良好等优势；(2)激发范围宽，可被380～700nm范围的可见光有效激发；(3)荧光粉材料性能稳定，经加热、水泡等过程，发光强度基本不变。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例2、实施例3、实施例4、实施例6的X射线衍射谱及与MgGa2O4的标准PDF 89
‑
3082的对比；
[0019]图2为本专利技术实施例1的激发和发射光谱；
[0020]图3为本专利技术实施例1的内量子效率图谱；
[0021]图4为本专利技术实施例2的激发和发射光谱；
[0022]图5为本专利技术实施例2的内量子效率图谱；
[0023]图6为本专利技术实施例2的在不同温度下的发射光；
[0024]图7为本专利技术实施例3的激发和发射光谱；
[0025]图8为本专利技术实施例4的激发和发射光谱；
[0026]图9为本专利技术实施例5的激发和发射光谱；
[0027]图10为本专利技术实施例6的激发和发射光谱；
[0028]图11为本专利技术实施例7的激发和发射光谱；
[0029]图12为本专利技术实施例8的激发和发射光谱；
[0030]图13为本专利技术实施例9的激发和发射光谱；
[0031]图14为本专利技术实施例10的激发和发射光谱。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0033]实施例1
[0034]一种近红外LED的荧光粉材料，该荧光粉的化学表达式为0.945MgO
·
0.895Ga2O3·
0.25MgF2:0.01Cr
3+
,0.005Ni
2+
，其制备步骤如下：
[0035]1、称取原料MgO 8.491mmol、Ga2O
3 8.042mmol、Cr2O
3 0.045mmol，MgF22.246mmol，NiO 0.045mmol；将称取的原料充分混合后，在空气中于800℃下烧结4h，得到预烧产物，后
将预烧后的产物与原料重量1％的Li2CO3作为助熔剂置于研钵充分研磨混合后，在空气中于1450℃下烧结8h，得到焙烧产物；
[0036]2、将得到焙烧产物充分研磨成粉末过200目筛后，采用去离子水洗涤3次，80℃下烘干，即得到本专利技术的0.945MgO
·
0.895Ga2O3·
0.25MgF2:0.01Cr
3+
,0.005Ni
2+
近红外荧光粉。
[0037]该实施例的激发光谱和发射光谱如附图2所示，在420nm的蓝光激发下该实施例荧光粉主要表现为峰值位于706nm的尖峰以及位于820nm和1200nm的宽峰，这三个峰位分别来自Cr
3+
的2E
→4A2、4T2→4A2跃迁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带发射近红外荧光粉材料，其特征在于，所述荧光粉材料的晶体结构为尖晶石结构，其化学式为(0.95
‑
y)MgO
·
(0.90
‑
0.5x)R2O3·
0.25MgF2:xCr
3+
,yNi
2+
；其中，R为元素Ga或Al中的至少一种；或者R为元素Ga、Al与Sc或In中至少一种的复合，0.01≤x≤0.08，0.001≤y≤0.01。2.根据权利要求1所述的荧光粉材料，其特征在于，当R元素为Ga和Al同时共存时，Ga与Al元素的摩尔比为1：1；Sc或In的加入量为R元素总质量的0～10％。3.权利要求1所述的荧光粉材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取原料Mg、Cr、Ni和R的含氧化合物或其相应的盐类及Mg的含氟化合物，添加反应助熔剂密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵起越，贾谦伊，龚姝璇，董岩，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：