一种宽带短波红外发光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及红外发光材料技术领域，公开了一种宽带短波红外发光材料及其制备方法和应用，所述一种宽带短波红外发光材料的化学分子式为：NaGdS2:xCr

【技术实现步骤摘要】
一种宽带短波红外发光材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及红外发光材料
，尤其涉及一种宽带短波红外发光材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与可见光及近红外I区(700
‑
900nm)光源相比，短波红外(SWIR，1000
‑
1700nm)光源具有更高的空间分辨率、更深的穿透深度、较低的光学吸收和较小的组织自发荧光现象，在光通讯、超快光子学、军事国防、医疗检测等领域具有重要且广泛的应用前景。通常，SWIR光源的发射谱带越宽，则SWIR光谱成像技术能够探测和分析的物质种类越多。将具有宽带SWIR发光特性的发光材料涂覆在商业蓝光LED芯片上，利用芯片所发射出的蓝光激发SWIR荧光粉可获得宽带SWIR
‑
LED光源。若将该宽带SWIR
‑
LED集成在手机等可穿戴设备中，借助短波红外光谱和成像技术，则有望应用于可植入器件、心率血压监测或生物特征识别、食品安全和医疗探测等科技领域，具有广阔应用前景。SWIR发光材料是SWIR
‑
LED的关键组成，然而如何获得可被蓝光有效激发且具有宽带短波红外发光特性的发光材料依旧是一个巨大挑战。
[0003]目前普遍认为以Cr
3+
离子掺杂发光材料在蓝光激发下可以获得较宽的深红
‑
近红外发射和较好的器件封装性能。近几年，研究人员专利技术了一系列宽带近红外发光材料及其LED器件。例如，在氧化物基质中，中国专利CN111117618B公布了一种基于Gd3Sc2Ga3O
12
的Cr
3+
激活宽带近红外发光材料，其发射峰值位于756nm；中国专利CN115521785A公布了一种Mg
x
B
y
O
z
Cr
p
近红外发光材料；其中，B为Na，Li，Ca，Zn和Sn元素中的一种或两种以上的组合，在460nm蓝光激发下发射波长为700
‑
1000nm的近红外光谱，发光最强发射峰位于812nm，半峰宽约为160nm；目前大部分Cr
3+
激活发光材料发射主峰谱峰值较为靠前，主要位于可见光及近红外一区(＜1000nm)附近。硫化物具有稳定的物理化学特性，作为性能优异的可见光发光材料基质，被广泛用作三基色照明、场发射显示等领域，例如Y2O2S:Eu
3+
/Tb
3+
、MGa2S4:Eu
2+
/Ce
3+
等；然而，作为宽带短波红外发光材料基质尚无报道。在硫化物基质中，较低的声子能量降低无辐射驰豫的几率，提高发光强度；同时，硫化物较强共价性，有望降低发光中心d轨道能级重心，进而获得氧化物体系中难以获得的长波长(短波红外)发射。通过检索专利发现，仅有一篇中国专利CN112852424B采用溶剂法制备了一系列三元硫化物纳米发光材料，其中NaGdS2:Er
3+
/Yb
3+
在365nm激发下表现出992nm与1540nm的窄带发光，NaGdS2:Yb
3+
在342nm激发下表现出峰值为992nm的窄带发光。尽管如此，上述所报道材料依旧存在1.发射谱带较窄(＜50nm)，无法满足SWIR照明光源应用需求，且发射峰主峰依旧靠近近红外一区(＜1000nm)；2.激发位于紫外区域，无法被目前商用蓝光LED芯片有效激发，无法应用在蓝光LED激发的便携式SWIR光源方面。因此，开发可被蓝光有效激发的短波红外发光材料依旧是一项艰巨的挑战。
[0004]碱金属
‑
稀土三元硫化物NaRES2是一种优良的稀土发光材料基质，其晶体结构随基质稀土离子种类改变而发生变化。当RE＝La、Ce、Pr、Nd(半径比RE/Na＞1)时，为立方晶
系；当RE＝Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y(半径比RE/Na＜1)时为三方晶系，对应空间群分别为Fm
‑
3m和R
‑
3m。在NaGdS2中，发光中心离子占据的位置对称性为D3d，有利于其他三价稀土或过渡金属离子的同价掺杂。在本专利技术中，所制备发光材料—碱金属
‑
稀土三元硫化物短波红外宽带发光材料可于蓝光激发下发射峰值为1070nm，发射范围可覆盖800
‑
1600nm，发射半峰宽为220nm，为短波红外材料的设计研发及应用技术的提升与完善提供了新思路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种宽带短波红外发光材料及其制备方法和应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种宽带短波红外发光材料，所述宽带短波红外发光材料的化学分子式为：NaGdS2:xCr
3+
，其中0＜x≤0.04。
[0008]优选的，所述宽带短波红外发光材料与α
‑
NaFeO2具有相同结构，属于三方晶系，空间群为R
‑
3m。
[0009]优选的，所述宽带短波红外发光材料的原料包括：钠、钆及铬的单质、氧化物、卤化物、硫化物、碳酸盐、硼酸盐、硫酸盐、磷酸盐、乙酰丙酮盐或硝酸盐；所述硫源包括但不限于硫单质、碱金属硫化物、镧系金属硫化物、硫粉、CS2中的一种或多种。
[0010]优选的，所述宽带短波红外发光材料的化学分子式为NaGd
0.995
Cr
0.005
S2、NaGd
0.99
Cr
0.01
S2、NaGd
0.98
Cr
0.02
S2、NaGd
0.97
Cr
0.03
S2、NaGd
0.96
Cr
0.04
S2。
[0011]优选的，所述NaGdS2:xCr
3+
中Cr
3+
掺杂的掺杂浓度为0.5
‑
4mol％。
[0012]优选的，所述宽带短波红外发光材料在蓝光激发下的发射波长覆盖范围为800nm
‑
1600nm；所述宽带短波红外发光材料在1070nm发射监控下的激发波长范围覆盖为300nm
‑
500nm。
[0013]优选的，所述的宽带短波红外发光材料激发波长覆盖300
‑
500nm，在蓝光激发下，发射800
‑
1600nm的宽带短波红外光。
[0014]优选的，所述Cr
3+
来源包括但不限于Cr2O3、Cr2(SO4)3、CrCl3、Cr2S3等原料，Na
+
来源包括但不限于Na2CO3、Na2S、NaCl、C5H9NaO3、Na2O、NaHCO3等原料，Gd
3+
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带短波红外发光材料，其特征在于，所述宽带短波红外发光材料的化学分子式为：NaGdS2:xCr
3+
，其中0＜x≤0.04。2.根据权利要求1所述的一种宽带短波红外发光材料，其特征在于，所述宽带短波红外发光材料与α
‑
NaFeO2具有相同结构，属于三方晶系，空间群为R
‑
3m。3.根据权利要求1所述的一种宽带短波红外发光材料，其特征在于，所述宽带短波红外发光材料的原料包括：钠、钆及铬的单质、氧化物、卤化物、硫化物、碳酸盐、硼酸盐、硫酸盐、磷酸盐、乙酰丙酮盐或硝酸盐；所述硫源包括但不限于硫单质、碱金属硫化物、镧系金属硫化物、硫粉、CS2中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种宽带短波红外发光材料，其特征在于，所述宽带短波红外发光材料的化学分子式为NaGd
0.995
Cr
0.005
S2、NaGd
0.99
Cr
0.01
S2、NaGd
0.98
Cr
0.02
S2、NaGd
0.97
Cr
0.03
S2、NaGd
0.96
Cr
0.04
S2。5.根据权利要求1所述的一种宽带短波红外发光材料，其特征在于，所述NaGdS2:xCr
3+
中Cr
3+
掺杂的掺杂浓度为0.5
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱革，董斌，徐文，李姗姗，
申请(专利权)人：徐州科昂光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：