CN109593526B - 一种光转换材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种光转换材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109593526B CN109593526B CN201811622238.2A CN201811622238A CN109593526B CN 109593526 B CN109593526 B CN 109593526B CN 201811622238 A CN201811622238 A CN 201811622238A CN 109593526 B CN109593526 B CN 109593526B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- converting material
- conversion material
- infrared
- mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 37
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 27
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 9
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 8
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 rare earth ion Chemical class 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 229910003443 lutetium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000258 photobiological effect Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 239000012856 weighed raw material Substances 0.000 description 2
- FIXNOXLJNSSSLJ-UHFFFAOYSA-N ytterbium(III) oxide Inorganic materials O=[Yb]O[Yb]=O FIXNOXLJNSSSLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000218202 Coptis Species 0.000 description 1
- 235000002991 Coptis groenlandica Nutrition 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005090 crystal field Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(III) oxide Inorganic materials O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
- C09K11/7774—Aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7706—Aluminates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
- H01L33/502—Wavelength conversion materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
本发明涉及一种光转换材料及其制备方法与应用,属于发光材料技术领域。解决了现有技术中近红外荧光材料发射带宽窄、发光范围单一的技术问题。本发明的光转换材料,化学式为:(AaLnbCecCrd)(LeCrg)(MkBmCrn)O12:yR;式中,A为Ca2+、Sr2+、Ba2+中的一种或多种,Ln为Lu3+、Y3+、La3+、Gd3+中的一种或多种,L为Ti4+、Hf4+、Zr4+中的一种或多种,M为Al3+和/或Ga3+,B为Si4+、Ge4+、Sn4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Dy3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、m、n和y均为元素摩尔分数。该光转换材料被具有近紫外光、蓝光或红光的LED和LD激发,可以实现具有可调性的宽带发射的近红外光源,用于照明、显示、探测、传感器等领域。
Description
技术领域
本发明属于发光材料技术领域,具体涉及一种光转换材料及其制备方法与应用,尤其涉及该光转换材料在制备近红外LED光源和近红外激光(LD)光源中的应用。
背景技术
红外光源作为红外技术的关键领域之一受到了国内外科研人员的广泛关注,其穿透深、干扰小的波长特性可以被应用于医疗、生物、军事等领域。例如,利用人体对630nm-1000nm近红外的吸收,可以实现光生物功能调节的作用;穿戴式装备、夜视监控、生物识别等技术由于需要光源光线穿入人体较深,则需要1000nm-1400nm的短波红外发光材料;同时这个波段的红外光被称为生物透明窗口,可被应用于深层生物医学影像;而长波长的红外光具有良好的传输性能,可以被用于军事侦察等项目。
红外光源主要有传统的红外光源钨灯、红外LED和红外激光(LD)等几种形式。传统的红外光源钨灯受限于效率低、体积大、寿命短等缺点;而红外LED和红外激光虽然近年来在应用中获得快速普及,但是红外LED和红外激光发射的红外光的带宽非常窄,限制了其在一些领域中的应用。因此,使用具有宽带发射的荧光材料可以得到更好的红外光源。
目前,中国专利CN103581168公布的以Er3+为发光中心的荧光材料实现了长波的近红外发光,可用于长波通信等领域;专利JP2011233586公开的荧光粉YAG:Ce,Er实现了1500nm的红外光。但是这些材料的发光范围单一且不具备短波长的近红外发光波段,不能够应用于生物探测等领域。而中国专利CN102559183A公开的铝酸盐荧光体以Yb3+为发光中心得到近红外光,但是其激发光位于980nm并不适用于近红外光源的应用。
近来,在红外光源方面的研究越来越多,使得红外光源的性能有了逐步的提升。但是随着红外光源的不断应用与发展,人们对于红外光源的需求也越来越高。因此,需要进一步寻找新型的基质材料和发光离子来提高红外光源的性能。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中近红外荧光材料发射带宽窄、发光范围单一的技术问题,提供一种光转换材料及其制备方法与应用。
为了实现上述目的,本发明的技术方案具体如下:
本发明提供一种光转换材料,该光转换材料的晶体结构为石榴石结构,化学式为:(AaLnbCecCrd)(LeCrg)(MkBmCrn)O12:yR;式中,A为Ca2+、Sr2+、Ba2+中的一种或多种,Ln为Lu3+、Y3 +、La3+、Gd3+中的一种或多种,L为Ti4+、Hf4+、Zr4+中的一种或多种,M为Al3+和/或Ga3+,B为Si4+、Ge4+、Sn4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Dy3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、m、n和y均为元素摩尔分数,1<a≤3,0≤b≤2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1≤e≤2,0≤g≤0.1,2≤k≤3.5,0≤m≤1,0≤n≤0.1,0<y<1且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+m+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
优选的是,该光转换材料的化学式为:(CaaLnbCecCrd)(ZreCrg)(AlkCrn)O12:yR;式中,Ln为Lu3+、Y3+、La3+、Gd3+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、n和y均为元素摩尔分数,1.8<a≤3,0<b≤1.2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1.8≤e≤2,0≤g≤0.1,2.5≤k≤3.5,0≤n≤0.1,0<y<0.5且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
优选的是,该光转换材料的化学式为:(CaaLubCecCrd)(LeCrg)(AlkCrn)O12:yR;式中,L为Hf4+、Zr4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、n和y均为元素摩尔分数,1.8<a≤3,0<b≤1.2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1.8≤e≤2,0≤g≤0.1,2.5≤k≤3.5,0≤n≤0.1,0<y<0.5且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
本发明还提供上述光转换材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按化学计量比分别称取含A元素的固体化合物、含Ln元素的固体化合物、含Ce元素的固体化合物、含Cr元素的固体化合物、含L元素的固体化合物、含M元素的固体化合物、含B元素的固体化合物和含R元素的固体化合物,混合均匀,研磨后,得到混合物;
所述固体化合物为氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或多种;
步骤二、将步骤一得到的混合物于1400-1650℃下,空气或还原气氛中,煅烧3-8小时,得到烧结体;
步骤三、将步骤二得到的烧结体研磨后,经洗涤、过滤、烘干,即得光转换材料。
优选的是,步骤二中,采用NH3、CO或者H2和N2的混合气作为还原气氛。
优选的是,步骤二中,烧结的温度为1550-1600℃,时间为4-6h。
本发明还提供上述光转换材料在制备近红外LED光源中的应用,先将光转换材料与胶水混合均匀,得到含有光转换材料的胶水,然后将含有光转换材料的胶水涂覆在LED芯片或内置LED芯片的外壳上,固化后,得到近红外LED光源;
所述LED芯片的发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光。
优选的是,所述胶水为环氧树脂或者硅胶。
优选的是,所述含有光转换材料的胶水中,光转换材料的质量分数为20-60%。
优选的是,所述LED芯片粘接在LED支架上,并通过金属线或导电胶与LED支架的正负极连接。
优选的是,所述LED支架为SMD支架或COB支架。
上述光转换材料在制备近红外激光中的应用,先将光转换材料与粘结剂混合均匀,得到混合物,然后将混合物制成自支撑板材或者涂覆在基板上,经过退火处理后,得到荧光板,用激光直接辐照荧光板,得到近红外光源;
所述激光的发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光。
优选的是,所述粘结剂为环氧树脂、硅胶、玻璃、SiO2纳米粉体、Al2O3纳米粉体、ZrO2纳米粉体、TiO2纳米粉体、SiO2溶胶、Al2O3溶胶、ZrO2溶胶、TiO2溶胶中的一种或多种。
优选的是,所述混合物制成自支撑板材,光转换材料在混合物中的质量分数为1-80%;所述混合物涂覆在基板上,光转换材料在混合物中的质量分数大于等于20%小于100%。
优选的是,所述基板为玻璃基板或蓝宝石基板。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的光转换材料,以Cr3+离子与R离子作为发光中心,Cr3+离子的3d轨道受晶体场大小调控,将其置于拥有弱场环境的基质材料中,可以实现宽带的近红外发射,R离子中的稀土离子在近红外的发光来自于f-f跃迁,可以被Cr3+的发光激发,从而实现不同波段的红外光谱。且为增强Cr3+离子的吸收,进一步引入敏化剂Ce3+,利用Ce3+具有强的4f-5d跃迁吸收的特点,将吸收的能量传递给发光中心,能够有效增强光转换材料的吸收。
本发明提供的光转换材料的制备方法简单、无污染、成本低。
本发明提供的光转换材料可作为LED芯片以及半导体激光(LD)激发的光转换材料,与发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光的LED或LD结合,实现宽带发射可调近红外光源,弥补目前近红外LED和近红外激光器发射带宽窄、荧光材料发光范围单一的问题,可满足近红外光谱检测、光生物成像及光生物功能调节等应用中对宽带近红外光源的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1的Ca2.92Cr0.04Hf1.96Cr0.04Al2SiO12:0.04Nd(曲线1)和实施例2的Ca2Lu0.96Cr0.04Hf1.92Cr0.04Al3O12:0.04Er(曲线2)的XRD衍射图谱。
图2为本发明实施例1的Ca2.92Cr0.04Hf1.96Cr0.04Al2SiO12:0.04Nd的激发光谱图(监测1056nm)。
图3为本发明实施例1的Ca2.92Cr0.04Hf1.96Cr0.04Al2SiO12:0.04Nd发射光谱(460nm激发)。
图4为本发明实施例1的Ca2.92Cr0.04Hf1.96Cr0.04Al2SiO12:0.04Nd封装的LED电致发光光谱图。
图5为本发明实施例2的Ca2Lu0.96Cr0.04Hf1.92Cr0.04Al3O12:0.04Er发射光谱(460nm激发)。
图6为本发明实施例3的Ca2Lu0.88Ce0.04Cr0.04Hf1.92Cr0.04Al3O12:0.04Nd,0.04Yb封装的LED电致发光光谱图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面对本发明的优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明提供的光转换材料,化学式为:(AaLnbCecCrd)(LeCrg)(MkBmCrn)O12:yR;式中,A为Ca2+、Sr2+、Ba2+中的一种或多种,Ln为Lu3+、Y3+、La3+、Gd3+中的一种或多种,L为Ti4+、Hf4+、Zr4+中的一种或多种,M为Al3+和/或Ga3+,B为Si4+、Ge4+、Sn4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Dy3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、m、n和y均为元素摩尔分数,1<a≤3,0≤b≤2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1≤e≤2,0≤g≤0.1,2≤k≤3.5,0≤m≤1,0≤n≤0.1,0<y<1且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+m+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
本发明提供两种光转换材料的优选,但不限于此:
其一、光转换材料的化学式为:(CaaLnbCecCrd)(ZreCrg)(AlkCrn)O12:yR;式中,Ln为Lu3+、Y3+、La3+、Gd3+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、n和y均为元素摩尔分数,1.8<a≤3,0<b≤1.2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1.8≤e≤2,0≤g≤0.1,2.5≤k≤3.5,0≤n≤0.1,0<y<0.5且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
其二、该光转换材料的化学式为:(CaaLubCecCrd)(LeCrg)(AlkCrn)O12:yR;式中,L为Hf4+、Zr4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、n和y均为元素摩尔分数,1.8<a≤3,0<b≤1.2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1.8≤e≤2,0≤g≤0.1,2.5≤k≤3.5,0≤n≤0.1,0<y<0.5且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
本发明提供的光转换材料的晶体结构为石榴石结构;该光转换材料的宽带近红外发射来源于发光中心离子Cr3+与R离子,Ce3+只作为敏化剂,可将吸收的能量传递给发光中心,有效增加该光转换材料的吸收能力,Ln3+和Ce3+补偿B4+的电荷失配,起到电荷补偿和半径补偿的作用;该光转换材料可发射波长范围为700nm-1200nm的连续的近红外光,具有三个有效激发带,在200nm-250nm、400nm-500nm和600nm-700nm的光激发下,均可实现红外波段发射谱带。
本发明的光转换材料可采用多种现有的荧光粉的制备方法制备,没有特殊限制,本发明提供一种制备方法,但不限于此,包括以下步骤:
步骤一、按化学计量比分别称取含A元素的固体化合物、含Ln元素的固体化合物、含Ce元素的固体化合物、含Cr元素的固体化合物、含L元素的固体化合物、含M元素的固体化合物、含B元素的固体化合物和含R元素的固体化合物,混合均匀,研磨后,得到混合物;
其中,固体化合物均可以为氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或多种;
步骤二、将步骤一得到的混合物于1400-1650℃下,空气或还原气氛中,煅烧3-8小时,得到烧结体;
其中,采用NH3、CO或者H2和N2的混合气作为还原气氛,烧结的温度优选为1550-1600℃,时间优选为4-6h。
步骤三、将步骤二得到的烧结体研磨后,经洗涤、过滤、烘干,即得光转换材料。
本发明还提供上述光转换材料的应用:该光转换材料能够被LED芯片或LD激发,得到宽带发射可调的近红外光源。
本发明的光转换材料在制备近红外LED光源中的应用:先将光转换材料与胶水混合均匀,得到含有光转换材料的胶水混合物,然后将含有光转换材料的混合物涂覆在包括但不限于LED芯片上、在内置LED芯片的外壳上,经固化后,获得宽带发射的近红外LED光源。
其中,LED芯片的发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光。胶水为LED封装常用胶水,可采用商购获得,优选为环氧树脂或者硅胶,这类胶水为便于操作,通常由A胶和B胶组成。含有光转换材料的混合物中,光转换材料的含量没有特定限制,只要添加入光转换材料即能起到效果,光转换材料的质量分数优选为20-60%。LED芯片粘接在LED支架上,并通过金属线或导电胶与LED支架的正负极连接,LED支架可以为SMD支架、COB支架等;LED芯片的外壳和基板没有限制,可以为任意形状任意结构,只要能够保证LED芯片和光转换材料发出的光能够射出即可实现本发明的效果。
本发明还的光转换材料在制备近红外LD光源中的应用:先将光转换材料与粘结剂混合均匀,得到混合物,然后将混合物制成自支撑板材或者涂覆在基板上,经过退火处理后,得到荧光板,用激光直接辐照荧光板得到近红外光源。
其中,LD的发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光。粘结剂可以是本领域内常用的有机或无机粘结剂,包括但不限于环氧树脂、硅胶、玻璃、SiO2纳米粉体、Al2O3纳米粉体、ZrO2纳米粉体、TiO2纳米粉体、SiO2溶胶、Al2O3溶胶、ZrO2溶胶、TiO2溶胶中的一种或多种。光转换材料在混合物中的含量依据混合物使用方式的不同而不同;当混合物用于制备自支撑板材时,光转换材料在混合物中的质量分数为1-80%;当混合物用于涂覆在基板上,形成涂层时,光转换材料在混合物中的质量分数大于等于20%小于100%。
以下结合实施例及附图进一步说明本发明。
实施例1
Ca2.92Cr0.04Hf1.96Cr0.04Al2SiO12:0.04Nd的制备方法:按化学计量比称取CaCO3、Cr2O3、HfO2、Al2O3、SiO2和Nd2O3,充分研细混匀后,置入高纯刚玉坩埚,在H2和N2的混合气下,在1500℃保温6h,冷却出料后,稍加研磨,经洗涤、过滤、烘干,即得光转换材料。
对实施例1得到的光转换材料进行XRD分析,XRD衍射图谱如图1曲线1所示;从图1曲线1可以看出,该光转换材料为石榴石结构。
对实施例1得到的光转换材料的发射光谱和激发光谱进行分析,结果如图2和图3所示,从图2可以看出,该光转换材料的发射在700nm-1100nm,从图3可以看出,该光转换材料中包含三个有效激发带,分别为200nm-250nm、400nm-500nm和600nm-700nm。
将实施例1的光转换材料与环氧树脂胶混合后获得含光转换材料的混合物(光转换材料质量分数40%),先将650nm的红光LED芯片粘接固定在5730SMD支架中并且通过金线与支架的正负极相连,再将含有光转换材料的胶水涂覆在芯片上,得到近红外LED光源。该近红外LED光源的发射特性如图4所示,从图4可以看出,该近红外发光光源具有可调的宽带发射特性。
实施例2
Ca2Lu0.96Cr0.04Hf1.92Cr0.04Al3O12:0.04Er的制备方法:按化学计量比称取CaCO3、Cr2O3、Lu2O3、HfO2、Al2O3和Er2O3,将称取的原料充分研细混匀后,置入高纯刚玉坩埚,CO还原条件下,在1550℃保温4h,冷却出料后,稍加研磨,经洗涤、过滤、烘干,即得光转换材料。
对实施例2得到的光转换材料进行XRD分析,XRD衍射图谱如图1曲线2所示;从图1曲线2可以看出,该光转换材料为石榴石结构。
对实施例2得到的光转换材料的发射光谱进行分析,结果如图5所示,从图5可以看出,该光转换材料的两个发射带分别在700nm-1100nm和1450nm-1650nm。
将实施例2的光转换材料与30wt%SiO2水溶胶胶混合后获得含光转换材料的混合物(光转换材料质量分数50%),涂覆在蓝宝石基板上,经过退火处理后,得到荧光板,再使用410nm的激光辐照荧光板,得到近红外光源。
实施例3
Ca2Lu0.88Ce0.04Cr0.04Hf1.92Cr0.04Al3O12:0.04Nd,0.04Yb的制备方法:按化学计量比称取CaCO3、Lu2O3、Cr2O3、CeO2、HfO2、Nd2O3、Yb2O3、Al2O3、Nd2O3和Yb2O3,将称取的原料充分研细混匀后,置入高纯刚玉坩埚,NH3还原条件下,在1550℃保温6h,冷却出料后,稍加研磨,经洗涤、过滤、烘干,即得光转换材料。
对实施例3得到的光转换材料进行XRD分析,经检测,该光转换材料为石榴石结构。
对实施例3得到的光转换材料的发射光谱进行分析,经检测,该光转换材料的发射为700nm-1200nm的近红外波段。
将实施例3的光转换材料与环氧树脂胶混合后获得含光转换材料的混合物(光转换材料质量分数30%)。先将460nm的近紫外光LED芯片粘接固定在19×19mm的镜面铝COB支架中并且通过金线与支架的正负极相连,再将含有光转换材料的胶水涂覆在芯片上,得到近红外LED光源。该近红外LED光源的发射特性如图6所示,从图6可以看出,该近红外发光光源具有可调的宽带发射特性。
实施例4至实施例25
制备步骤与实施例1皆相同,其化学式、合成温度和焙烧时间都列于下表中,实施例4至实施例25所用原料为各金属元素的氧化物或盐类化合物,对结果没有影响。
对实施例4-25得到的光转换材料进行XRD分析,经检测,光转换材料均为石榴石结构。
对实施例4-25得到的光转换材料的发射光谱进行分析,经检测,光转换材料的发射近红外波段的光谱。
将实施例4-25的光转换材料与环氧树脂胶混合后获得含光转换材料的胶水(光转换材料质量分数50%)。先将460nm的蓝光LED芯片粘接固定在5730SMD支架中并且通过金线与支架的正负极相连,再将含有光转换材料的胶水涂覆在芯片上,得到近红外LED光源。对该近红外光源的发射光谱分别进行分析,经检测,该近红外LED光源具有可调的宽带发射特性。
将实施例4-25的光转换材料用于激光激发的装置同样可以得到宽带发射可调近红外波段的发光装置。
由以上实施例可以看出,本发明的光转换材料制备方法简单、无污染成本低、化学性能稳定,应用于LED光源、激光激发装置,具备可调的宽带发射,将成为一种非常具有实用价值的光转换材料发光材料。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。同时该光转换材料的应用可以用同样的原理应用于激光照明。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种光转换材料,其特征在于,该光转换材料的晶体结构为石榴石结构,化学式为:(AaLnbCecCrd)(LeCrg)(MkBmCrn)O12:yR;式中,A为Ca2+、Sr2+、Ba2+中的一种或多种,Ln为Lu3+、Y3 +、La3+、Gd3+中的一种或多种,L为Ti4+、Hf4+、Zr4+中的一种或多种,M为Al3+和/或Ga3+,B为Si4+、Ge4+、Sn4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Dy3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、m、n和y均为元素摩尔分数,1<a≤3,0≤b≤2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1≤e≤2,0≤g≤0.1,2≤k≤3.5,0≤m≤1,0≤n≤0.1,0<y<1且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+m+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
2.根据权利要求1所述的一种光转换材料,其特征在于,该光转换材料的化学式为:(CaaLnbCecCrd)(ZreCrg)(AlkCrn)O12:yR;式中,Ln为Lu3+、Y3+、La3+、Gd3+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、n和y均为元素摩尔分数,1.8<a≤3,0<b≤1.2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1.8≤e≤2,0≤g≤0.1,2.5≤k≤3.5,0≤n≤0.1,0<y<0.5且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
3.根据权利要求1所述的一种光转换材料,其特征在于,该光转换材料的化学式为:(CaaLubCecCrd)(LeCrg)(AlkCrn)O12:yR;式中,L为Hf4+、Zr4+中的一种或多种,R为Nd3+、Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+中的一种或多种;a、b、c、d、e、g、k、n和y均为元素摩尔分数,1.8<a≤3,0<b≤1.2,0≤c≤0.1,0≤d≤0.1,1.8≤e≤2,0≤g≤0.1,2.5≤k≤3.5,0≤n≤0.1,0<y<0.5且0<a+b+c+d+y≤3,0<e+g≤2,0<k+n≤3.5,0<d+g+n≤0.2。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的一种光转换材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、按化学计量比分别称取含A元素的固体化合物、含Ln元素的固体化合物、含Ce元素的固体化合物、含Cr元素的固体化合物、含L元素的固体化合物、含M元素的固体化合物、含B元素的固体化合物和含R元素的固体化合物,混合均匀,研磨后,得到混合物;
所述固体化合物为氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物中的一种或多种;
步骤二、将步骤一得到的混合物于1400-1650℃下,空气或还原气氛中,煅烧3-8小时,得到烧结体;
步骤三、将步骤二得到的烧结体研磨后,经洗涤、过滤、烘干,即得光转换材料。
5.权利要求1-3任何一项所述的一种光转换材料在制备近红外LED光源中的应用,其特征在于,先将光转换材料与胶水混合均匀,得到含有光转换材料的胶水,然后将含有光转换材料的胶水涂覆在LED芯片或内置LED芯片的外壳上,固化后,得到近红外LED光源;
所述LED芯片的发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光。
6.根据权利要求5所述的一种光转换材料在制备近红外LED光源中的应用,其特征在于,所述胶水为环氧树脂或者硅胶。
7.根据权利要求5所述的一种光转换材料在制备近红外LED光源中的应用,其特征在于,含有光转换材料的胶水中,光转换材料的质量分数为20-60%。
8.权利要求1-3任何一项所述的一种光转换材料在制备近红外激光光源中的应用,其特征在于,先将光转换材料与粘结剂混合均匀,得到混合物,然后将混合物制成自支撑板材或者涂覆在基板上,经过退火处理后,得到荧光板,用激光直接辐照荧光板,得到近红外光源;
所述激光的发射范围为400nm-500nm的近紫外光或蓝光,或者600nm-700nm的红光。
9.根据权利要求8所述的一种光转换材料在制备近红外激光光源中的应用,其特征在于,所述粘结剂为环氧树脂、硅胶、玻璃、SiO2纳米粉体、Al2O3纳米粉体、ZrO2纳米粉体、TiO2纳米粉体、SiO2溶胶、Al2O3溶胶、ZrO2溶胶、TiO2溶胶中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的一种光转换材料在制备近红外激光光源中的应用,其特征在于,所述混合物制成自支撑板材,光转换材料在混合物中的质量分数为1-80%;所述混合物涂覆在基板上,光转换材料在混合物中的质量分数大于等于20%小于100%。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811622238.2A CN109593526B (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种光转换材料及其制备方法与应用 |
PCT/CN2019/073183 WO2019144933A1 (zh) | 2018-01-29 | 2019-01-25 | 近红外荧光粉、近红外荧光粉制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811622238.2A CN109593526B (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种光转换材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109593526A CN109593526A (zh) | 2019-04-09 |
CN109593526B true CN109593526B (zh) | 2020-10-09 |
Family
ID=65962832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811622238.2A Active CN109593526B (zh) | 2018-01-29 | 2018-12-28 | 一种光转换材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109593526B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111073644B (zh) * | 2019-12-28 | 2021-08-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 近红外荧光粉、制备与应用方法、近红外光源及近红外白光光源制备方法 |
CN112552912A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-03-26 | 江西理工大学 | 一种新型Cr3+掺杂宽带近红外荧光粉、制备及应用 |
WO2023203850A1 (ja) * | 2022-04-21 | 2023-10-26 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置、分光器及び発光部材の製造方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104560041A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-04-29 | 华南理工大学 | 具备近红外长余辉和下转换荧光双模式生物成像材料及制备方法 |
CN108795424A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-11-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法与应用 |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811622238.2A patent/CN109593526B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104560041A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-04-29 | 华南理工大学 | 具备近红外长余辉和下转换荧光双模式生物成像材料及制备方法 |
CN108795424A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-11-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
YAG中Cr3+和Yb3+的发光特征以及Cr3+和Yb3+之间的能量传递过程;张继森;《发光学报》;20150331;第36卷(第3期);第3.2节,图2,图3 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109593526A (zh) | 2019-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108795424B (zh) | 具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法与应用 | |
CN108424770B (zh) | 一种具有宽带发射特性的近红外荧光粉及其制备方法与应用 | |
CN110857389B (zh) | 一种近红外荧光粉以及含该荧光粉的发光装置 | |
CN109593526B (zh) | 一种光转换材料及其制备方法与应用 | |
CN104446428B (zh) | 一种用于白光led器件的复相透明陶瓷及其制备方法 | |
CN108753296B (zh) | 一种可由近紫外或蓝光芯片激发的红光发光材料及其制备方法和应用 | |
CN112251226B (zh) | 一种近红外发光材料及其制备方法与转换型led发光装置 | |
CN111073644B (zh) | 近红外荧光粉、制备与应用方法、近红外光源及近红外白光光源制备方法 | |
CN112011332B (zh) | 一种远红光荧光粉以及包含该荧光粉的发光装置 | |
CN106518037B (zh) | 一种全光谱发射的硅酸盐荧光陶瓷及其制备方法 | |
CN108947516A (zh) | 一种(Cu,Ce):YAG透明荧光陶瓷及其制备方法与应用 | |
CN111196925A (zh) | Mn4+掺杂的红色荧光材料及其制备方法 | |
CN115322773A (zh) | 一种高性能氧化物近红外发光材料及其制备方法与应用 | |
CN109943334A (zh) | 荧光材料及其制备方法、光电子器件以及制造光电子器件的方法 | |
CN105419799B (zh) | 近紫外光转换发射红色荧光的材料的制备方法及其应用 | |
CN114686225A (zh) | 一种近红外荧光粉及其制备方法和应用 | |
CN113201342A (zh) | Ce3+激活的硅酸盐宽带绿色荧光粉及制备方法和应用 | |
CN110437832B (zh) | 一种Eu2+掺杂的硅酸盐近红外荧光粉及其制备方法与转换型LED发光装置 | |
CN115558491A (zh) | 一种宽带短波红外荧光粉及其制备方法和发光器件 | |
CN102942928B (zh) | 一种锆酸盐基红色荧光粉、制备方法及应用 | |
CN115058247B (zh) | 一种短波红外发光材料及其制备方法和应用 | |
CN114540013B (zh) | 一种提升CaO:Eu2+近红外荧光粉发光强度和热稳定性的方法及其应用 | |
WO2019144933A1 (zh) | 近红外荧光粉、近红外荧光粉制备方法及其应用 | |
CN113817468A (zh) | 一种氧化物近红外发光材料及其制备方法与发光装置 | |
CN112094054B (zh) | 植物生长照明的远红光荧光透明陶瓷及方法、装置和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |