CN110511746B - 一种掺Cr3+的氟化物近红外发光材料及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无机功能材料领域，公开了一种可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料及其合成方法。本发明可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料的化学组成为K₂Si_1‑xF₆:xCr³⁺；x为相应掺杂Cr³⁺离子相对Si⁴⁺离子所占的摩尔百分比系数，0<x≤0.20。本发明所涉及的红色发光材料在蓝光激发下，以730 nm左右的红光发射为主，发光效率较高。本发明所涉及的可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料的制备方法为液相法，在常温下进行，合成条件温和，合成工艺简单，适合大规模工业化生产。

Description

一种掺Cr3+的氟化物近红外发光材料及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料及其制备方法，属于无机功能材料合成领域。

背景技术

近年来，室内照明用暖白光LED氟化物掺Eu²⁺、Eu³⁺、Mn²⁺、Mn⁴⁺等红色荧光粉研制与应用领域已十分成熟，近红外光区LED逐渐吸引研究者们的关注。近红外LED由于其最佳激发和发射波长与以往红粉有显著差异，在应用方面也有很大不同。近红外光具有优良的组织穿透力，较高的信噪比，可将粒子作为光学标记在生物体内成像、追踪、检测等。近红外LED也可用于信息显示、安全指示。在前人的研究中，近红外掺Cr³⁺红色荧光粉多以含氧酸盐作为发光基质，且反应条件多为高温固相法，反应要求严苛，而本专利中阐述的新型近红外掺Cr³⁺红色荧光粉的反应条件温和，制备工艺简单。

在本项发明中，我们报道了在氢氟酸溶液中成功地研制出新型可见光有效激发的Cr³⁺激活的六氟硅酸盐近红外发光材料K₂Si_1-xF₆:xCr³⁺（x为相应掺杂Cr³⁺离子相对Si⁴⁺离子所占的摩尔百分比系数，0 < x ≤ 0.40）及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料。

本发明的另一个目的是提供上述近红外发光材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所涉及的可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料，其化学组成为：K₂Si_1-xF₆:xCr³⁺；x为相应掺杂Cr³⁺离子相对Si⁴⁺离子所占的摩尔百分比系数，0 < x ≤ 0.20。本发明所使用的原料种类及各原料的质量百分含量分别为：氟化钾：26.15 % ~ 27.00 %；六氟硅酸：53.56 % ~ 64.85 %；三氟化铬：0 ~ 20.0 %；氢氟酸：9.00 ~ 9.29 %。

本发明所述的可见光波长为400～700 nm。

上述近红外发光材料的制备方法是采用离子交换法，各种原料均按上述化学计量比。具体包括如下步骤：先将三氟化铬和六氟硅酸加入氢氟酸溶液中搅拌30～60分钟，至溶解完全，然后加入氟化钾继续搅拌12~24小时。所得沉淀物用无水乙醇和冰醋酸各洗3次，最后于真空干燥箱中干燥24小时，得到的浅绿色粉末为最终产品。

本发明的近红外发光材料在可见光区表现出很强很宽的激发带，最强激发峰分别位于420 nm和618 nm。在424 nm蓝光或618 nm红光激发下表现出较强的红外光发射（发射峰位于730 nm左右），发光效率较高。

附图说明

图1为实例1中K₂SiF₆: Cr³⁺的XRD衍射图；

图2为实例1中K₂SiF₆:Cr³⁺的扫描电镜图片；

图3为实例1中K₂SiF₆: Cr³⁺的室温激发光谱（监测波长为730 nm）和发射光谱（激发波长为618 nm）。

具体实施方式

实施例1：

量取0.98 mL六氟硅酸和2mL氢氟酸（40wt%）于塑料试管中，常温下搅拌10分钟至完全混匀，向此溶液中再加入0.054克氟化铬和0.261克氟化钾反应24小时。所得沉淀物用无水乙醇和冰醋酸各洗3次，最后于真空干燥箱中干燥24小时，得到的浅绿色粉末为最终产品K₂SiF₆:Cr³⁺。

此荧光粉的XRD衍射图如附图1所示，样品的衍射峰与基质K₂SiF₆标准卡片JCPDS75-0694完全一致，没有观察到任何杂相的衍射峰，这表明我们所合成的样品纯度高，为立体晶体结构。

附图2所示为K₂SiF₆:Cr³⁺的扫描电镜图片，样品颗粒为1-3μm。

附图3所示为样品的室温激发光谱（监测波长为730 nm）和发射光谱（激发波长为618 nm）。样品在蓝色光区（400 nm ~ 500 nm）和可见光区（580 nm ~ 700 nm）都表现出很强的宽带激发，最强激发峰位于618 nm左右。在618 nm的红光激发下，样品的发射为一个宽峰，最强发射峰在730 nm左右。

实施例2：

量取0.98 mL六氟硅酸和2mL氢氟酸（40wt%）于塑料试管中，常温下搅拌10分钟至完全混匀，向此溶液中再加入0.036克氟化铬和0.261克氟化钾反应24小时。所得沉淀物用无水乙醇和冰醋酸各洗3次，最后于真空干燥箱中干燥24小时，得到的浅绿色粉末为最终产品K₂SiF₆:Cr³⁺。

实施例3：

量取0.98 mL六氟硅酸和2mL氢氟酸（40wt%）于塑料试管中，常温下搅拌10分钟至完全混匀，向此溶液中再加入0.0545克氟化铬和0.261克氟化钾反应48小时。所得沉淀物用无水乙醇和冰醋酸各洗3次，最后于真空干燥箱中干燥24小时，得到的浅绿色粉末为最终产品K₂SiF₆:Cr³⁺。

Claims (3)

1.一种可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料，其化学组成为：K₂Si_1-xF₆:_xCr³⁺；x为相应掺杂Cr³⁺离子相对Si⁴⁺离子所占的摩尔百分比系数，0<x≤0.20。

2.如权利要求1所述的可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料，其特征在于所述可见光是指波长为400～700nm的光。

3.如权利要求1所述的可见光激发的掺Cr³⁺的六氟硅酸盐近红外发光材料的制备方法，其特征在于制备方法为液相法，包括如下步骤：量取0.98mL六氟硅酸和2mL质量分数为40wt％的氢氟酸于塑料试管中，常温下搅拌10分钟至完全混匀，向此溶液中再加入0.054克氟化铬和0.261克氟化钾反应24小时，所得沉淀物用无水乙醇和冰醋酸各洗3次，最后于真空干燥箱中干燥24小时，得到的淡绿色粉末为最终产品。

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