CN113046080A - 一种近红外荧光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种近红外荧光材料及其制备方法，属于稀土发光材料技术领域。本发明是一种近红外荧光材料，化学式为La3Ga5‑xSnO14:xCr3+，其中0<x≤0.3。本发明的荧光粉为Cr3+激活的荧光粉，可发射较亮的近红外光，并且其化学热稳定性好、显色指数高，合成方法简单、成本低、易于工业化生产。

Description

一种近红外荧光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种近红外荧光材料及其制备方法，属于稀土发光材料技术领域。
背景技术
Cr3+离子是理想的实现近红外发射的激活剂离子，这是由于其3d3轨道电子的排布所决定的。Cr3+离子可实现窄带发射的2E→4A2的自旋禁戒跃迁和宽带发射的自旋允许4T2→4A2跃迁。由于Cr3+离子的4T2能级受晶体场强度影响很大，因此，作为激活剂其发光特性往往取决于基质的晶体场环境。目前，仅有少数报道关于Cr3+的近红外发光荧光材料，这些荧光材料主要局限于镓酸盐或者镓锗酸盐材料，例如Zn3Ga2Ge2O10：Cr3+、LiGa5O8：Cr3+、ZnGa2O4：Cr3+、MgGa2O4：Cr3+和La3Ga5GeO14：Cr3+，这是由于Cr3+离子具有很强的取代Ga3+格位的能力(八面体配位的类似离子半径)。
然而，Cr3+离子位于700nm的窄带发射并未见报道，这是因为上述基质不能为Cr3+离子提供了强大的晶场环境。迄今为止，近红外光源主要有卤钨灯和超连续谱固态激光器等，它们具有发射光谱范围较窄、寿命短、能效低、功耗高的缺点。因此，通过由蓝色InGaN芯片和宽带近红外发射的荧光材料耦合获得近红外发光二极管，实现长寿命、低能耗和低成本的器件具有重要的现实意义。
发明内容
针对Cr3+离子位于700nm的窄带发射的缺失问题，本发明提供一种近红外荧光材料及其制备方法，本发明荧光材料可将可见光转化为710nm的近红外光，实现近红外的窄带发射，并且荧光材料化学稳定性好、发光强度高、可被紫外和蓝光波长能量有效激发。
一种近红外荧光材料，化学式为La3Ga5-xSnO14:xCr3+，其中0<x≤0.3，可将可见光转化为710nm的近红外光，实现近红外的窄带发射。
所述近红外荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将含镓的化合物、含铬的化合物、含锡的化合物和含镧的化合物研磨混匀得到混合粉料；
(2)将步骤(1)的混合粉料置于温度为1100-1450℃、空气氛围中煅烧4-8h，冷却至室温，研磨即得近红外荧光材料；
所述步骤(1)研磨时加入乙醇，乙醇的加入量为含镓的化合物、含铬的化合物、含锡的化合物和含镧的化合物的总质量的3-4倍；
所述含镓的化合物为碳酸镓、硝酸镓、氯化镓、氧化镓、氢氧化镓、草酸镓或醋酸镓；
所述含铬的化合物为碳酸铬、硝酸铬、氯化铬、氧化铬、氢氧化铬、草酸铬或醋酸铬；
所述含锡的化合物为碳酸锡、硝酸锡、氯化锡、氧化锡、氢氧化锡、草酸锡或醋酸锡；
所述含镧的化合物为碳酸镧、硝酸镧、氯化镧、氧化镧、氢氧化镧、草酸镧或醋酸镧。
本发明的有益效果：
(1)本发明高亮度近红外荧光材料化学稳定性好、显色指数高、色温低，能在紫外(250nm)、可见光(450nm)激发下获得位于710nm左右的近红外发光；
(2)本发明以镓锡酸盐为基质的近红外荧光材料，采用高温固相法在空气中制备，该制备方法简单易行，不需要加压条件，采用合适和温和的加温工艺，具有工艺简单，无污染，适合工业化生产的优势。
附图说明
图1为实施例La3Ga5SnO14基质在三维空间下的晶体结构；
图2为实施例1～4近红外荧光材料La3Ga5-xSnO14:xCr3+的XRD图；
图3为实施例2La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉在710nm波长监控下的激发光谱图；
图4为实施例2La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉在446nm波长激发下的发射光谱图；
图5为实施例2La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉的色度图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例的近红外荧光材料，化学式为La3Ga4.995SnO14:0.005Cr3+；
所述近红外荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取La2O3(分析纯)0.4887g、Ga2O3(分析纯)0.4681g、SnO2(99.99％)0.0753g、Cr2O3(99.99％)0.0008g；然后加入3g乙醇，采用玛瑙研钵充分研磨0.5h得到混合粉料；
(2)将步骤(1)的混合粉料置于温度为1300℃、空气氛围中煅烧8h，冷却至室温，研磨即得近红外荧光材料；
本实施例La3Ga5SnO14基质在三维空间下的晶体结构见图1，La3Ga4.995SnO14:0.005Cr3+样品的XRD图见图2，从图2可知，样品为纯相，没有产生杂质相；
La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉的发射光谱图中，发射峰在710nm处有较强的发射，该发射峰来自于Cr3+的4A2→4T2跃迁发射，发出近红外光；
本实施例荧光粉色度坐标为(0.6817，0.3182)。
实施例2：本实施例的近红外荧光材料，化学式为La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+；
所述近红外荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取La2O3(分析纯)0.4887g、Ga2O3(分析纯)0.4677g、SnO2(99.99％)0.1507g、Cr2O3(99.99％)0.0008g；然后加入2g乙醇，采用玛瑙研钵充分研磨0.4h得到混合粉料；
(2)将步骤(1)的混合粉料置于温度为1420℃、空气氛围中煅烧6h，冷却至室温，研磨即得近红外荧光材料；
本实施例La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+样品的XRD图见图2，从图2可知，样品为纯相，没有产生杂质相；
本实施例La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉在710nm波长监控下的激发光谱图见图3，从图3可知，样品的激发峰主要分布在260nm和446nm处；
本实施例La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉在446nm波长激发下的发射光谱图见图4，从图4可知，样品的发射峰主要分布在710nm处；
本实施例La3Ga4.99SnO14:0.01Cr3+荧光粉的色度图见图5，从图5可知，色坐标的位置在近红外区，说明该样品能够呈现较好的近红外发光。
实施例3：本实施例的近红外荧光材料，化学式为La3Ga4.98SnO14:0.02Cr3+；
所述近红外荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取La2O3(分析纯)0.4887g、Ga2O3(分析纯)0.4667g、SnO2(99.99％)0.0753g、Cr2O3(99.99％)0.0015g；然后加入2.5g乙醇，采用玛瑙研钵充分研磨0.6h得到混合粉料；
(2)将步骤(1)的混合粉料置于温度为1200℃、空气氛围中煅烧8h，冷却至室温，研磨即得近红外荧光材料；
本实施例La3Ga4.98SnO14:0.02Cr3+样品的XRD图见图2，从图2可知，样品为纯相，没有产生杂质相；
本实施例La3Ga4.98SnO14:0.02Cr3+荧光粉的发射峰在710nm处都有较强的发射，该发射来自于Cr3+的4A2→4T2跃迁发射。
实施例4：本实施例的近红外荧光材料，化学式为La3Ga4.97SnO14:0.03Cr3+；
所述近红外荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取La2O3(分析纯)0.4887g、Ga2O3(分析纯)0.4657g、SnO2(99.99％)0.0753g、Cr2O3(99.99％)0.0023g；然后加入3.5g乙醇，采用玛瑙研钵充分研磨0.8h得到混合粉料；
(2)将步骤(1)的混合粉料置于温度为1250℃、空气氛围中煅烧7h，冷却至室温，研磨即得近红外荧光材料；
本实施例La3Ga4.97SnO14:0.03Cr3+样品的XRD图见图2，从图2可知，样品为纯相，没有产生杂质相；
本实施例La3Ga4.97SnO14:0.03Cr3+荧光粉的发射峰在710nm处都有较强的发射，该发射来自于Cr3+的4A2→4T2跃迁发射。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种近红外荧光材料，其特征在于：化学式为La3Ga5-xSnO14:xCr3+，其中0<x≤0.3。
2.权利要求1所述近红外荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将含镓的化合物、含铬的化合物、含锡的化合物和含镧的化合物研磨混匀得到混合粉料；
(2)将步骤(1)的混合粉料置于温度为1100-1450℃、空气氛围中煅烧4-8h，冷却至室温，研磨即得近红外荧光材料。
3.根据权利要求2所述近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)研磨时加入乙醇，乙醇的加入量为含镓的化合物、含铬的化合物、含锡的化合物和含镧的化合物的总质量的3-4倍。
4.根据权利要求2所述近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：含镓的化合物为碳酸镓、硝酸镓、氯化镓、氧化镓、氢氧化镓、草酸镓或醋酸镓。
5.根据权利要求2所述近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：含铬的化合物为碳酸铬、硝酸铬、氯化铬、氧化铬、氢氧化铬、草酸铬或醋酸铬。
6.根据权利要求2所述近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：含锡的化合物为碳酸锡、硝酸锡、氯化锡、氧化锡、氢氧化锡、草酸锡或醋酸锡。
7.根据权利要求2所述近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：含镧的化合物为碳酸镧、硝酸镧、氯化镧、氧化镧、氢氧化镧、草酸镧或醋酸镧。
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