CN114106828B - 一种Cr3+掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无机发光材料技术领域，公开了一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法，本发明的近红外荧光粉化学式为所述近红外荧光粉的化学式为Mg_4‑2x/3Ta_{2‑x/ 3}Cr_xO₉；其中，x为摩尔分数，且0<x≤0.6；所述近红外荧光粉能在波长为350～700nm的光激发下，实现750～1100nm的宽带近红外发射，且其发射峰值为800～870nm。本发明的宽带近红外荧光粉不仅具有全新的化学组成，且能被蓝光激发而发射宽带近红外光，从而使本发明的荧光粉能够应用于LED和其它发光领域；且本发明制备近红外荧光粉的工艺简单，且成本低、无污染。

Description

一种Cr3+掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机发光材料技术领域，尤其涉及一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，近红外光源在现代食品质量分析、光通信、夜视、医学诊断、光谱学应用等方面发挥着至关重要的作用，近红光在一定程度上可以穿透生物组织，构建无放射性组织成像，用于活性检测、红外治疗等等。目前常见的近红外光源都存在固有问题。卤素灯的体积大、能耗高、寿命短、效率低；红外发光二极管(LED)和红外激光带宽窄、成本高且发光效率低。与上述光源相比，由荧光粉和LED芯片组合构成的荧光粉转换型发光二极管 (pc-LED)有望实现体积小、成本低且效率高的近红外光源。

处于弱八面体晶体场的过渡金属元素Cr³⁺在可见光激发下，其发射光谱具有宽带近红外特征，掺杂在磷化物、氧化物等材料中均表现出良好的近红外发光性能，在获得近红外光源方面具有潜在的应用价值。

然而，现有Cr³⁺掺杂的发光效率较高且热稳定性较好的近红外荧光粉其发射峰值一般低于800nm，难以满足近红外光源的应用需求，严重影响了近红外光源的整体性能，限制了其实际应用。

为此，本发明提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法，本发明的近红外荧光粉能够被蓝光有效激发、热稳定性好、发光效率高且发射峰值大于800nm的宽带近红外荧光粉具有十分重要的意义。

本发明的一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉及其制备方法是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，所述近红外荧光粉的化学式为Mg_4-2x/3Ta_2-x/3Cr_xO₉；

其中，x为摩尔分数，且0<x≤0.6；

所述近红外荧光粉能在波长为350～700nm的光激发下，实现750～1100nm 的宽带近红外发射，且其发射峰值为800～870nm。

进一步地，所述近红外荧光粉中还包括R，且其掺杂后的化学式为 Mg_{4-y-2x/ 3}R_yTa_2-x/3Cr_xO₉；

其中，y为摩尔分数，且0<y≤3.5；

R为Ca、Sr和Ba元素中的一种或多种。

进一步地，所述近红外荧光粉中还包括M，且其化学式为 Mg_4-y-2x/3R_yTa_{2-n-x/ 3}M_nCr_xO₉；

其中，n为摩尔分数，且0<n≤1.98；

M为Nb、V和P元素中的一种或多种。

进一步地，所述近红外荧光粉中还包括M，且其化学式为 Mg_4-2x/3Ta_2-n-x/3M_nCr_xO₉；

其中，n为摩尔分数，且0<n≤1.98；

M为Nb、V和P元素中的一种或多种。

进一步地，0.03≤x≤0.09。

进一步地，0<y≤1.5。

进一步地，0<n≤1。

本发明的第二个目的是提供一种上述近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，按照近红外荧光粉的化学式中的化学计量比，分别称取相应质量的含有各元素的制备原料；

步骤2，将称取好的各个制备原料通过研磨混合均匀，随后于1300～1600℃的温度下烧结4～48小时，即获得所述近红外荧光粉。

进一步地，所述步骤1中，所述含有各元素的制备原料为含有相应元素的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物或氢氧化物中的一种或多种。

进一步地，步骤1中，含Mg元素的制备原料的实际添加量为近红外荧光粉的化学式中计算量的101％～120％倍。

进一步地，步骤2中，烧结时间为6～16h。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的近红外荧光粉中Mg²⁺和Ta⁵⁺都可以为Cr³⁺提供六配位环境，促进了Cr³⁺对蓝光的吸收，进而使得本发明的近红外荧光粉可以被波长为350-700nm 范围内的光激发，产生Cr³⁺的⁴T₂-⁴A₂跃迁，实现750-1100nm的宽带近红外发射且其发射峰值为800～870nm，有效地实现了蓝光激发下发射近红外光的光转换作用。

本发明用R(R为Ca、Sr和Ba元素中的一种或多种)部分或全部替换近红外荧光粉Mg_4-2x/3Ta_2-x/3Cr_xO₉中的Mg元素，通过Mg²⁺和/或R²⁺代替原先的Mg²⁺实现促进Cr³⁺对蓝光的吸收，使得包括R的近红外荧光粉也能蓝光激发下发射峰值为800～870nm的近红外光，实现光转换作用。

本发明用M(M为Nb、V和P元素中的一种或多种)部分或全部替换近红外荧光粉Mg_4-2x/3Ta_2-x/3Cr_xO₉或Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-x/3Cr_xO₉中的Ta元素，通过Ta⁵⁺和/ 或M⁵⁺代替原先的Ta⁵⁺实现促进Cr³⁺对蓝光的吸收，使得包括M的近红外荧光粉也能蓝光激发下发射峰值为800～870nm的近红外光，实现光转换作用。

本发明提供的宽带近红外荧光粉，其激发和发射波长范围宽，可用于LED 和其它发光领域。

本发明提供的宽带近红外荧光粉的制备方法，其成本低、无污染且制备工艺简单。

附图说明

图1为本发明实施例1的近红外荧光粉的XRD谱；

图2为本发明实施例1(曲线1)和对比例1(曲线2)的近红外荧光粉的发射光谱；

图3为本发明实施例1-4的近红外荧光粉的发射光谱；

图4为本发明实施例1的近红外荧光粉的激发光谱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-2x/3Ta_2-x/3Cr_xO₉，其中摩尔分数x为0.06，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.96Ta_1.98Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.96Ta_1.98Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的Ta₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO 的添加量，并将称取好的各个制备原料，即0.1636g MgO，0.4375g Ta₂O₅以及 0.0046g Cr₂O₃于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于 1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

实施例所得的近红外荧光粉经XRD测试，其XRD衍射图谱如图1所示，从结果可知所合成荧光粉为纯相。

实施例所得的近红外荧光粉的发射光谱和激发光谱分别如图2中曲线1和图3所示。从图2曲线1可以看出实施例1的近红外荧光粉能够发射波长范围为750-1100nm的宽带近红外光，发射峰值约为850nm；从图3可以看出，该荧光粉中包含三个有效激发带，分别为200nm-250nm、350nm-550nm和 550nm-700nm，说明本实施例的近红外荧光粉可有效地被蓝光激发，并且发射宽带近红外光。

实施例2

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-2x/3Ta_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中，M为Nb元素，摩尔分数x为0.06，摩尔分数n为1.98，M即本实施例的近红外荧光粉的化学式为 Mg_3.96Nb_1.98Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.96Nb_1.98Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的 Nb₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量过量2.5％的量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.1636g，Nb₂O₅： 0.2632g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

从图3和图4可以看出其发射峰值约为870nm，其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例3

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-x/3Cr_xO₉，其中R为Ca元素，摩尔分数x 为0.06，摩尔分数y为2，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为 Mg_1.96Ca₂Ta_1.98Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_1.96Ca₂Ta_1.98Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的 CaCO₃、Ta₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量过量2.5％的量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.0810g，CaCO₃： 0.2002g，Ta₂O₅:0.4375g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

从图3可以看出其发射峰值约为820nm，其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例4

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-x/3Cr_xO₉，其中R为Sr元素，摩尔分数x 为0.06，摩尔分数y为1.98，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为 Mg_1.96Sr₂Ta_1.98Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_1.96Sr₂Ta_1.98Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的 SrCO₃、Ta₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量过量2.5％的量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.0810g，SrCO₃： 0.2953g，Ta₂O₅:0.4375g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

从图3可以看出其发射峰值约为800nm，其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例5

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Ca元素，M为 Nb元素；且摩尔分数x为0.06，摩尔分数y为0.5，摩尔分数n为0.2，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.46Ca_0.5Ta_1.78Nb_0.2Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.46Ca_0.5Ta_1.78Nb_0.2Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的CaCO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO 计算量的105％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1464g，CaCO₃：0.0500g，Ta₂O₅：0.3933g，Nb₂O₅：0.0266g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例6

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Sr元素，M为V 元素；且摩尔分数x为0.06，摩尔分数y为0.4，摩尔分数n为0.3，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.56Sr_0.4Ta_1.68V_0.3Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.56Sr_0.4Ta_1.68V_0.3Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的SrCO₃、Ta₂O₅、V₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的105％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1506g，SrCO₃：0.0591g，Ta₂O₅：0.3712g，V₂O₅：0.0273g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例7

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-x/3Cr_xO₉，其中R为Ca元素；且摩尔分数x为0.06，摩尔分数y为0.2，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为 Mg_3.76Ca_0.2Ta_1.98Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.76Ca_0.2Ta_1.98Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的 CaCO₃、Ta₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.1553g，CaCO₃： 0.0200g，Ta₂O₅：0.4375g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例8

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-2x/3Ta_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中M为Nb元素；且摩尔分数x为0.06，摩尔分数n为0.2，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为 Mg_3.76Ta_1.78Nb_0.2Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.76Ta_1.78Nb_0.2Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的 Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的107.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.1629g，Ta₂O₅： 0.3933g，Nb₂O₅：0.0266g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例9

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Sr元素，M为 Nb元素；且摩尔分数x为0.03，摩尔分数y为0.5，摩尔分数n为0.2，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.48Sr_0.5Ta_1.79Nb_0.2Cr_0.03O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.48Sr_0.5Ta_1.79Nb_0.2Cr_0.03O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的SrCO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的105％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1473g，SrCO₃：0.0738g，Ta₂O₅：0.3955g，Nb₂O₅：0.0266g，Cr₂O₃：0.0023g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例10

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Ba元素，M为 V元素；且摩尔分数x为0.06，摩尔分数y为0.2，摩尔分数n为0.1，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.76Ba_0.2Ta_1.88V_0.1Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.76Ba_0.2Ta_1.88V_0.1Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的BaCO₃、Ta₂O₅、V₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的107.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1629g，BaCO₃：0.0395g，Ta₂O₅：0.4154g，V₂O₅：0.0091g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1350℃的温度下烧结16h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例11

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Ca元素，M为P 元素；且摩尔分数x为0.12，摩尔分数y为0.8，摩尔分数n为0.3，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.12Ca_0.8Ta_1.66P_0.3Cr_0.12O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.12Ca_0.8Ta_1.66P_0.3Cr_0.12O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的CaCO₃、Ta₂O₅、P₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1289g，CaCO₃：0.0801g，Ta₂O₅：0.3668g，P₂O₅：0.0213g，Cr₂O₃：0.0091g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1400℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例12

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Sr元素，M为 Nb元素；且摩尔分数x为0.09，摩尔分数y为0.5，摩尔分数n为0.5，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.44Sr_0.5Ta_1.47Nb_0.5Cr_0.09O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.44Sr_0.5Ta_1.47Nb_0.5Cr_0.09O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的SrCO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1421g，SrCO₃：0.0738g，Ta₂O₅：0.3248g，Nb₂O₅：0.0665g，Cr₂O₃：0.0068g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例13

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Ba元素，M为P 元素；且摩尔分数x为0.03，摩尔分数y为1，摩尔分数n为0.2，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_2.98Ba₁Ta_1.79P_0.2Cr_0.03O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_2.98Ba₁Ta_1.79P_0.2Cr_0.03O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的BaCO₃、Ta₂O₅、P₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1261g，BaCO₃：0.1973g，Ta₂O₅：0.3955g，P₂O₅：0.0142g，Cr₂O₃：0.0023g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1600℃的温度下烧结16h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例14

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Ca元素，M为V元素；且摩尔分数x为0.06，摩尔分数y为1.5，摩尔分数n为0.8，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_2.46Ca_1.5Ta_1.18V_0.8Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_2.46Ca_1.5Ta_1.18V_0.8Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的CaCO₃、Ta₂O₅、V₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1016g，CaCO₃：0.1501g，Ta₂O₅：0.2607g，V₂O₅：0.0728g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1450℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例15

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，且本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉，其中R为Sr元素，M为 Nb元素；且摩尔分数x为0.12，摩尔分数y为1.2，摩尔分数n为0.3，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_2.72Sr_1.2Ta_1.66Nb_0.3Cr_0.12O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_2.72Sr_1.2Ta_1.66Nb_0.3Cr_0.12O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的SrCO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO： 0.1178g，SrCO₃：0.1772g，Ta₂O₅：0.3668g，Nb₂O₅：0.0399g，Cr₂O₃：0.0091g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例16

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-2x/3Ta_2-x/3Cr_xO₉，其中摩尔分数x为0.6，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为Mg_3.6Ta_1.8Cr_0.6O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_3.6Ta_1.8Cr_0.6O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的Ta₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量的102.5％倍量作为MgO 的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.1487g，Ta₂O₅：0.3977g， Cr₂O₃：0.0456g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于 1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例17

本实施例提供一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，本实施例近红外荧光粉的化学式为Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-x/3Cr_xO₉，其中R为Ca元素，摩尔分数x 为0.06，摩尔分数y为3.5，即本实施例的近红外荧光粉的化学式为 Mg_0.46Ca_3.5Ta_1.98Cr_0.06O₉，且实施例的近红外荧光粉是通过以下步骤制得的：

按照化学式Mg_0.46Ca_3.5Ta_1.98Cr_0.06O₉中的化学计量比，分别称取相应质量的 CaCO₃、Ta₂O₅和Cr₂O₃，由于MgO熔点较低，易挥发，按MgO计算量过量5％的量作为MgO的添加量，并将称取好的各个制备原料，即MgO：0.0195g，CaCO₃：0.3503g，Ta₂O₅：0.4375g，Cr₂O₃：0.0046g，于玛瑙研钵中研磨混合均匀，随后将其置于空气氛围中，并于1550℃的温度下烧结6h，烧结完成后降至室温后，将所得烧结产物研磨成均匀的粉末，即得到近红外荧光粉。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例18

本实施例与实施例1的区别仅在于：烧结温度为1600℃，烧结时间为4h。

其他操作与实施例1相同。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例19

本实施例与实施例1的区别仅在于：烧结温度为1300℃，烧结时间为48h。其他操作与实施例1相同。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例20

本实施例与实施例1的区别仅在于：MgO的实际添加量为化学式 Mg_{4-y-2x/ 3}R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉中MgO计算量的101％倍。其他操作与实施例1相同。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例21

本实施例与实施例1的区别仅在于：MgO的实际添加量为化学式 Mg_{4-y-2x/ 3}R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉中MgO计算量的110％倍。其他操作与实施例1相同。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

实施例22

本实施例与实施例1的区别仅在于：MgO的实际添加量为化学式 Mg_{4-y-2x/ 3}R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉中MgO计算量的120％倍。其他操作与实施例1相同。

其晶体结构、激发光谱和发射光谱与实施例1相似。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于：称取MgO时按照计算量称取，不过量，其他操作与实施例1相同。

按化学计量比称取MgO：0.1596g，Ta₂O₅：0.4375g，Cr₂O₃：0.0046g，在玛瑙研钵中充分混合研磨后，于1550℃、空气中烧结6h，降温后，将所得烧结产物进行研磨，即得到所需的近红外荧光粉。

对比例1得到的近红外荧光粉的发射光谱进行分析，结果如图2中曲线2 所示，可以看出，本对比例的近红外荧光粉能够发射波长范围为750-1100nm的宽带近红外光，发射峰值位于850nm，但发光强度低于实施例1中的荧光粉。

由以上实施例可以看出本发明的荧光粉制备方法简单，无污染，成本低。该材料将成为一种非常具有实用价值的适合蓝光激发的近红外荧光粉。

显然，上述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种Cr³⁺掺杂且具有宽带发射的近红外荧光粉，其特征在于，所述近红外荧光粉的化学式为Mg_4-2x/3Ta_2-x/3Cr_xO₉、Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-x/3Cr_xO₉、Mg_4-y-2x/3R_yTa_2-n-x/3M_nCr_xO₉和Mg_{4-2x/ 3}Ta_2-n-x/3M_nCr_xO₉中的任意一种；

其中，x为摩尔分数，且0<x≤0.6；

y为摩尔分数，且0<y≤3.5；

n为摩尔分数，且0<n≤1.98；

R为Ca、Sr和Ba元素中的一种或多种；

M为Nb、V和P元素中的一种或多种；

所述近红外荧光粉能在波长为350～700nm的光激发下，实现750～1100nm的宽带近红外发射，且其发射峰值为800～870nm。

2.根据权利要求1所述的近红外荧光粉，其特征在于，0.03≤x≤0.09。

3.根据权利要求1所述的近红外荧光粉，其特征在于，0<y≤1.5。

4.根据权利要求1所述的近红外荧光粉，其特征在于，0<n≤1。

5.一种权利要求1-4任意一项所述的近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，按照近红外荧光粉的化学式中的化学计量比，分别称取相应质量的含有各元素的制备原料；

步骤2，将称取好的各个制备原料通过研磨混合均匀，随后于1300～1600℃的温度下烧结4～48小时，即获得所述近红外荧光粉。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述制备原料为含有相应元素的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物或氢氧化物中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，含Mg元素的制备原料的实际添加量为近红外荧光粉的化学式中计算量的101％～120％倍；

步骤2中，烧结时间为6～16h。

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