一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的近红外荧光粉及其制备方法和应用。该荧光材料的结构通式为Ca1‑

【技术实现步骤摘要】
一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种近红外荧光粉，具体涉及一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的制备方法和应用，属于荧光材料


技术介绍

[0002]近红外(NIR)光源的应用包括夜视照明、医疗诊断、生物识别(包括虹膜与静脉血管图像采集)、近红外光谱检测、人眼护理。白炽灯、卤素灯和AlGaAs近红外发光二极管(led)是主要的近红外光源。近红外光源在光诊疗领域具有不可替代的优点，但在实际应用过程中也存在不可避免的缺陷。近红外荧光粉转换发光二极管(NIR pc
‑
LED)具有体积小、效率高、成本低、寿命长等优点，是目前应用的理想选择。因此，开发具有高量子效率和热稳定性的近红外荧光粉至关重要。Cr
3+
掺杂的近红外荧光粉具有来自4A1→4T1能级跃迁的蓝光吸收带，与高效商用蓝光LED芯片能够良好匹配，但是目前大多Cr
3+
掺杂荧光粉的发光外量子效率低于30％，热稳定性表现较差。因此，优化Cr
3+
长波近红外荧光粉的量子产率和热稳定性是重中之重。目前，通过晶体场调控与掺杂是优化Cr
3+
掺杂近红外荧光粉的量子产率和热稳定性的重要方法。
[0003]此外，近红外光照射对于眼部具有修复和护理的作用，但时在作用于眼部时，近红外光需要持续照射，这就导致温度的上升，而现有的近红外荧光材料在150℃高温下难以满足应用要求，且量子产率较低，难以对眼部形成有效的护理和修复。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉，通过在辉石结构基底材料上掺杂多种稀土元素，一方面提高了荧光材料的热稳定性，另一方面可显著增强荧光材料的发射强度，提高荧光材料的内量子效率。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的制备方法，该方法通过表面机械活化和程序升温烧结，将稀土元素均匀的嵌入到基底材料的晶格中，该制备方法操作简单，所得荧光材料的良品率高，便于工业化生产。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的应用，用于制备护眼仪近红外光源。基于本专利技术所提供的近红外荧光材料所制备的护眼仪近红外光源具有优异的能量转化效率。经测试，掺入Pr
3+
后样品对于蓝光的吸收大幅度增加，在内量子产率由71.4提高至93％，外量子产率也由13.5％升高至33％。由于Pr
3+
掺杂对骨架结构刚度的改变和热活化能的升高，也提高了热稳定性。在150℃的温度下，CMG:1Pr,2Cr和CMG:2Cr的发光强度从室温的67.8％提高到了74.1％。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉，所述荧光材料的结构通式为Ca1‑
y
Mg1‑
x
Ge2M
x
RE
y
Z
y
O6，其中，M为Cr
3+
，RE为Ce
3+
、Pr
3+
和
Eu
3+
中的一种，Z为Na
+
和Li
+
的一种，0.01≤x≤0.10，0≤y≤0.05，0≤z≤0.05。
[0008]本专利技术所提供的荧光材料基于各组分间的协同作用，所选用的稀土元素均可嵌入至辉石结构基底材料的晶格中，不发生晶格畸变现象，形成稳定的共掺杂氧化物，在保证荧光材料能量转化效率的同时，大幅提高材料的热稳定性。
[0009]作为一项优选的方案，所述荧光材料中M为Cr
3+
，RE为Pr
3+
；所述M和RE的摩尔比为0.5～6：1。Cr
3+
和Pr
3+
的共掺杂可大幅提高荧光材料的发光性能和稳定性，一方面，具有3d3结构的Cr
3+
对主晶格有很强的耦合作用，比Pr
3+
具有更强的非辐射弛豫，因此Pr
3+
共掺杂有可能提高CMG:2Cr的热稳定性，另一方面，由于Pr
3+
的掺入使得Cr
3+
发生非辐射跃迁概率降低，使得内量子产率获得了提高，由71.4％提高至93％，并且吸收率也和漫反射光谱对应起来，掺入Pr后样品对于蓝光的吸收大幅度增加，在内量子产率和吸收率增加的情况下，外量子产率也又相应的提升。
[0010]本专利技术还提供了一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的制备方法，将包括钙源、镁源、锗源和M源在内的原料混合均匀，依次经机械活化、烧结和破碎，即得。
[0011]作为一项优选的方案，所述钙源为碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的至少一种。
[0012]作为一项优选的方案，所述镁源为氧化镁、碳酸镁和氢氧化镁中的至少一种。
[0013]作为一项优选的方案，所述锗盐为氧化锗、碳酸锗和氢氧化锗中的至少一种。
[0014]作为一项优选的方案，所述M源为包含M元素的氧化物、氟化物、氢氧化物和碳酸盐中的至少一种。
[0015]作为一项优选的方案，所述Z源为包含M元素的碳酸盐。
[0016]原料的选择遵循高温气相脱出的特性，如碳酸盐或氢氧化物，在高温烧结过程会以二氧化碳或水的形式脱出，避免在烧结过程中形成固溶相杂离子，从而提高产物的纯度。
[0017]作为一项优选的方案，所述机械活化的方式为高能球磨或研磨。
[0018]作为一项优选的方案，所述机械活化至原料粒径为5～10μm。机械活化一方面用以细化并均一化原料粒径，另一方面，则可以提高材料的表面活化能，便于后续烧结时稀土元素的嵌入和掺杂。
[0019]作为一项优选的方案，所述烧结方式为程序升温烧结，其条件为：在保护气氛下，以8～12℃/min从室温升温至1100～1200℃，保温4h，随炉冷却至室温。
[0020]作为一项优选的方案，所述保护气氛为高纯氮气和/或高纯氩气。
[0021]本专利技术还提供了一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的应用，用于制备护眼仪近红外光源。
[0022]作为一项优选的方案，所述近红外光源包括单色LED芯片、涂覆于单色LED芯片表面的近红外光荧光材料和硅胶封装层。
[0023]作为一项优选的方案，所述近红外光源的波长为750～900nm，光功率为50～55mW。
[0024]相较于现有技术，本专利技术所提供技术方案的有益技术效果为：
[0025]1)本专利技术所提供的荧光材料基于各组分间的协同作用，所选用的稀土元素均可嵌入至辉石结构基底材料的晶格中，不发生晶格畸变现象，形成稳定的共掺杂氧化物，一方面提高了荧光材料的热稳定性，另一方面可显著增强荧光材料的发射强度，提高荧光材料的内量子效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉，其特征在于：所述荧光材料的结构通式为Ca1‑
y
Mg1‑
x
Ge2M
x
RE
y
Z
y
O6，其中，M为Cr
3+
，RE为Ce
3+
、Pr
3+
和Eu
3+
中的一种，Z为Na
+
和Li
+
的一种，0.01≤x≤0.10，0≤y≤0.05，0≤z≤0.05。2.根据权利要求1所述的一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉，其特征在于：所述荧光材料中M为Cr
3+
，RE为Pr
3+
；所述M和RE的摩尔比为0.5～6：1。3.权利要求1或2所述的一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：将包括钙源、镁源、锗源和M源和Z源在内的原料混合均匀，依次经机械活化、烧结和破碎，即得。4.根据权利要求3所述的一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：所述钙源为碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的至少一种；所述镁源为氧化镁、碳酸镁和氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐昌富，林民椿，孙立忠，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：