CN114717003B - 一种宽带近红外发射的无机荧光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机荧光材料领域，尤其涉及一种宽带近红外发射的无机荧光材料及其制备方法。本发明提供的无机荧光材料的化学式为Li2AaBb(PO4)2:xCr3+,yYb3+；式中，A为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，B为Ga和/或Al，a+y＝2，b+x＝1，x≥0，y≥0，且x与y不同时为0。本发明提供的无机荧光材料以Yb3+、Cr3+作为激活离子，以磷酸盐为基质，具有较高的荧光淬灭浓度和发光效率以及良好的稳定性。该无机荧光材料一方面在蓝光范围内吸收强，可以与商用的蓝光芯片相匹配；另一方面其近红外发射光谱较宽，发光较强，半高宽可以达到178nm，在夜视技术以及生物医学领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无机荧光材料领域，尤其涉及一种宽带近红外发射的无机荧光材料及其制备方法。
背景技术
近红外光源具有快速、方便、低背景噪声、大穿透深度和无创伤分析等优点，在现代农业、安全监测、食品加工、生物医疗、国防军工等领域有着广泛的应用。传统的近红外光源卤钨灯和半导体红外LED在设计小型光谱分析模块和许多其他实际应用方面都受到限制，因为前者存在功耗高、灯泡温度高、光谱不稳定、效率低且体型较大，后者仅产生波段窄的近红外发射。而新型的近红外荧光转换发光二极管(pc-LED)具有光谱可调、体积小、效率高等优点，是一种很有前途的固态近红外光源。因此，寻找令人满意的近红外荧光粉是发展近红外pc-LEDs的关键。
尽管通过将稀土离子掺杂到无机基质中来探索新的近红外荧光粉的大量研究已被报道，但这些近红外荧光粉的激发和发射光谱相对狭窄，发光效率较低，无法满足某些红外设备的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽带近红外发射的无机荧光材料及其制备方法，本发明提供的无机荧光材料近红外发光范围宽，发光效率高。
本发明提供了一种宽带近红外发射的无机荧光材料，其化学式为Li2AaBb(PO4)2:xCr3+,yYb3+；式中，A为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，B为Ga和/或Al，a+y＝2，b+x＝1，x≥0，y≥0，且x与y不同时为0。
优选的，0≤x≤0.3,0≤y≤0.1，且x与y不同时为0。
优选的，0＜x≤0.3,0≤y≤0.1。
优选的，所述无机荧光材料的化学式具体为以下化学式中的一种或多种：
Li2Sr2Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+；Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+；
Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+；Li2Sr2Al0.88(PO4)3:0.12Cr3+；
Li2Sr2Al0.82(PO4)3:0.18Cr3+；Li2Sr2Al0.76(PO4)3:0.24Cr3+；
Li2Sr2Al0.7(PO4)3:0.3Cr3+；Li2Ca0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+；
Li2Ba0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+；Li2Sr2Ga0.2Al0.78(PO4)2:0.02Cr3+；
Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+；Li2Sr1.98Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.02Yb3 +；
Li2Sr1.94Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.06Yb3+；Li2Sr1.94Al0.9(PO4)2:0.1Cr3+,0.06Yb3+。
本发明提供了一种上述技术方案所述的无机荧光材料的制备方法，包括以下步骤：
将含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物混合研磨后进行烧结，得到宽带近红外发射的无机荧光材料。
优选的，所述含Li的化合物为Li的氧化物、Li的卤化物和Li的碳酸盐中的一种或多种；
所述含A的化合物为A的氧化物、A的卤化物和A的碳酸盐中的一种或多种；
所述含B的化合物为B的氧化物、B的卤化物和B的氧酸盐中的一种或多种；
所述含P的化合物为P的氧化物、磷酸盐、磷酸氢盐和磷酸二氢盐中的一种或多种；
所述含Cr的化合物为Cr的氧化物、Cr的硝酸盐、Cr的碳酸盐、Cr的氯化物和Cr的氢氧化物中的一种或多种；
所述含Yb的化合物为Yb的氧化物、Yb的硝酸盐、Yb的碳酸盐、Yb的氯化物和Yb的氢氧化物中的一种或多种。
优选的，所述含Li的化合物为Li2CO3；
所述含A的化合物为CaCO3、SrCO3和BaCO3中的一种或多种；
所述含B的化合物为Al2O3、Al(NO3)3、Al(OH)3、Ga2O3、Ga(NO3)3和Ga(OH)3中的一种或多种；
所述含P的化合物为磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种；
所述含Cr的化合物为Cr2O3、Cr2(NO3)3、Cr2(CO3)3、CrCl3和Cr(OH)3中的一种或多种；
所述含Yb的化合物为Yb2O3、Yb2(NO3)3、Yb2(CO3)3、YbCl3和Yb(OH)3中的一种或多种。
优选的，所述烧结的具体过程包括：
i)将含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物混合研磨后进行一次烧结，冷却，研磨，得到中间产物；
ii)将所述中间产物进行二次烧结，冷却，研磨，得到宽带近红外发射的无机荧光材料；
所述第一烧结的温度低于所述二次烧结。
优选的，所述一次烧结的升温速率为1～10℃/min；所述一次烧结的温度为750～920℃；所述一次烧结的时间为0.5～8h。
优选的，所述二次烧结的升温速率为1～10℃/min；所述二次烧结的温度为780～950℃；所述二次烧结的时间为1～12h。
与现有技术相比，本发明提供了一种宽带近红外发射的无机荧光材料及其制备方法。本发明提供的无机荧光材料的化学式为Li2AaBb(PO4)2:xCr3+,yYb3+；式中，A为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，B为Ga和/或Al，a+y＝2，b+x＝1，x≥0，y≥0，且x与y不同时为0。本发明提供的无机荧光材料以Yb3+、Cr3+作为激活离子，以磷酸盐为基质，具有较高的荧光淬灭浓度和发光效率以及良好的化学稳定性和热稳定性。该无机荧光材料一方面在蓝光范围内吸收强，可以与商用的蓝光芯片相匹配；另一方面其近红外发射光谱较宽，发光较强，半高宽可以达到178nm，在夜视技术以及生物医学领域具有良好的应用前景。本发明提供的无机荧光材料化学性质稳定，发光性能优良，制备方法简单，具有良好的工业化前景。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉与数据库标准卡片(ICSD-431319)的比对图；
图2是本发明实施例1提供的Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉在823nm发射波长下的激发光谱图；
图3是本发明实施例1提供的Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉在460nm光源激发下的光谱发射图；
图4是本发明实施例2提供的Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+荧光粉的漫反射光谱图；
图5是本发明实施例3提供的Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+荧光粉与蓝光芯片组装后接入正向电流所获得的光谱图；
图6是本发明实施例11提供的Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+荧光粉在823nm发射波长下的激发光谱图；
图7是本发明实施例11提供的Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+荧光粉在460nm光源激发下的光谱发射图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描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。
本发明提供了一种宽带近红外发射的无机荧光材料，其化学式为Li2AaBb(PO4)2:xCr3+,yYb3+；式中，A为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，B为Ga和/或Al，a+y＝2，b+x＝1，x≥0，y≥0，且x与y不同时为0。
在本发明提供的无机荧光材料中，所述x优选为≥0，且≤0.3；更优选为＞0，且≤0.3；具体可为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29或0.3。
在本发明提供的无机荧光材料中，所述y优选为≥0，且≤0.1；具体可为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1。
在本发明提供的无机荧光材料中，所述无机荧光材料的化学式优选为以下化学式中的一种或多种：
Li2Sr2Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+；Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+；
Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+；Li2Sr2Al0.88(PO4)3:0.12Cr3+；
Li2Sr2Al0.82(PO4)3:0.18Cr3+；Li2Sr2Al0.76(PO4)3:0.24Cr3+；
Li2Sr2Al0.7(PO4)3:0.3Cr3+；Li2Ca0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+；
Li2Ba0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+；Li2Sr2Ga0.2Al0.78(PO4)2:0.02Cr3+；
Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+；Li2Sr1.98Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.02Yb3 +；
Li2Sr1.94Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.06Yb3+；Li2Sr1.94Al0.9(PO4)2:0.1Cr3+,0.06Yb3+。
本发明提供的无机荧光材料以Yb3+、Cr3+作为激活离子，以磷酸盐为基质，具有较高的荧光淬灭浓度和发光效率以及良好的化学稳定性和热稳定性。该无机荧光材料一方面在蓝光范围内吸收强，可以与商用的蓝光芯片相匹配；另一方面其近红外发射光谱较宽，发光较强，半高宽可以达到178nm，在夜视技术以及生物医学领域具有良好的应用前景。本发明提供的无机荧光材料化学性质稳定，发光性能优良，制备方法简单，具有良好的工业化前景。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的无机荧光材料的制备方法，包括以下步骤：
将含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物混合研磨后进行烧结，得到宽带近红外发射的无机荧光材料。
在本发明提供的制备方法中，所述含Li的化合物优选为Li的氧化物、Li的卤化物和Li的碳酸盐中的一种或多种，更优选为Li2CO3。
在本发明提供的制备方法中，所述含A的化合物优选为A的氧化物、A的卤化物和A的碳酸盐中的一种或多种，即Ca的氧化物、Ca的卤化物、Ca的碳酸盐、Sr的氧化物、Sr的卤化物、Sr的碳酸盐、Ba的氧化物、Ba的卤化物和Ba的碳酸盐中的一种或多种，更优选为CaCO3、SrCO3和BaCO3中的一种或多种。
在本发明提供的制备方法中，所述含B的化合物为B的氧化物、B的卤化物和B的氧酸盐中的一种或多种，即Ga的氧化物、Ga的卤化物、Ga的氧酸盐、Al的氧化物、Al的卤化物和Al的氧酸盐中的一种或多种，更优选为Al2O3、Al(NO3)3、Al(OH)3、Ga2O3、Ga(NO3)3和Ga(OH)3中的一种或多种。
在本发明提供的制备方法中，所述含P的化合物优选为P的氧化物、磷酸盐、磷酸氢盐和磷酸二氢盐中的一种或多种，更优选为磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种，最优选为磷酸二氢铵。
在本发明提供的制备方法中，所述含Cr的化合物优选为Cr的氧化物、Cr的硝酸盐、Cr的碳酸盐、Cr的氯化物和Cr的氢氧化物中的一种或多种，更优选为Cr2O3、Cr2(NO3)3、Cr2(CO3)3、CrCl3和Cr(OH)3中的一种或多种。
在本发明提供的制备方法中，所述含Yb的化合物优选为Yb的氧化物、Yb的硝酸盐、Yb的碳酸盐、Yb的氯化物和Yb的氢氧化物中的一种或多种，更优选为Yb2O3、Yb2(NO3)3、Yb2(CO3)3、YbCl3和Yb(OH)3中的一种或多种。
在本发明提供的制备方法中，对所述含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物的用量比没有特别限定，根据所要制备的无机荧光材料的化学式反推确定即可。
在本发明提供的制备方法中，所述烧结的具体过程优选包括：
i)将含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物混合研磨后进行一次烧结，冷却，研磨，得到中间产物；
ii)将所述中间产物进行二次烧结，冷却，研磨，得到宽带近红外发射的无机荧光材料。
在本发明提供的上述烧结过程中，步骤i)中，所述一次烧结优选在空气气氛下进行；所述一次烧结的升温速率优选为1～10℃/min，具体可为1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min，最优选为5℃/min；所述一次烧结的温度优选为750～920℃，具体可为750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃或920℃，最优选为800℃；所述一次烧结的时间优选为0.5～8h，具体可为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h或8h，最优选为4h，所述一次烧结的时间并不包含升温至一次烧结温度所消耗的时间，即从升温达到一次烧结温度后起算；所述冷却的方式优选为自然冷却。
在本发明提供的上述烧结过程中，步骤ii)中，所述二次烧结优选在空气气氛下进行；所述二次烧结的升温速率优选为1～10℃/min，具体可为1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min，最优选为5℃/min；所述二次烧结的温度高于第一烧结，优选为780～950℃，具体可为780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃或950℃，最优选为820℃；所述二次烧结的时间优选为1～12h，具体可为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h，最优选为6h，所述二次烧结的时间并不包含升温至二次烧结温度所消耗的时间，即从升温达到二次烧结温度后起算；所述冷却的方式优选为自然冷却。
本发明提供的方法可制备得到化学性质稳定、发光性能优良的无机荧光材料，该方法所用制备原料及最终产物均不含有毒有害物质，原料价格低廉，方法简单高效且环保，具有良好的工业化前景。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
按照Li2Sr2Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉。
将本实施例荧光粉进行x射线粉末衍射(XRD)分析并与数据库标准卡片(ICSD-431319)比对，结果如图1所示，图1是本发明实施例1提供的Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉与数据库标准卡片(ICSD-431319)的比对图。通过图1可以看出，本实施例制备的荧光粉无明显杂质。
在823nm发射波长条件下对本实施例荧光粉进行激发光谱检测，结果如图2所示，图2是本发明实施例1提供的Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉在823nm发射波长下的激发光谱图。通过图2可以看出，该荧光粉在460nm附近有着高的激发峰，说明其可与商用蓝光芯片具有良好匹配。
在460nm光源激发下获得本实施例荧光粉的光谱发射图，结果如图3所示，图3是本发明实施例1提供的Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+荧光粉在460nm光源激发下的光谱发射图。通过图3可以看出，该荧光粉在近红外光谱范围内有着宽的发射，半高宽可以达到178nm，主峰在823nm附近。
实施例2
按照Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+荧光粉。
将本实施例荧光粉进行漫反射光谱分析，结果如图4所示，图4是本发明实施例2提供的Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+荧光粉的漫反射光谱图。通过图4可以看出，该荧光粉在蓝光与红光范围内有着较宽的吸收。
此外，对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例3
按照Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+荧光粉。
将本实施例荧光粉进行x射线粉末衍射(XRD)分析并与数据库标准卡片(ICSD-431319)比对，确认所得荧光粉无明显杂质。
将本实施例荧光粉进行漫反射光谱分析，所得荧光粉的光谱形状与图4类似，说明该荧光粉在蓝光与红光范围内有着较宽的吸收。
将本实施例荧光粉与蓝光芯片组装后，接入90mA的正向电流，得到如图5所示的光谱图，图5是本发明实施例3提供的Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+荧光粉与蓝光芯片组装后接入正向电流所获得的光谱图。通过图5可以看出，该荧光粉与蓝光芯片组装后激发效果很好，发光效率较高。
实施例4
按照Li2Sr2Al0.88(PO4)3:0.12Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.88(PO4)3:0.12Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似；将本实施例荧光粉与蓝光芯片组装后，接入20mA的正向电流，所获得的光谱图与实施例3所获得的光谱图类似。
实施例5
按照Li2Sr2Al0.82(PO4)3:0.18Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.82(PO4)3:0.18Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例6
按照Li2Sr2Al0.76(PO4)3:0.24Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.76(PO4)3:0.24Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例7
按照Li2Sr2Al0.7(PO4)3:0.3Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Al0.7(PO4)3:0.3Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例8
按照Li2Ca0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、CaCO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Ca0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例9
按照Li2Ba0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、BaCO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Ba0.2Sr1.8Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例10
按照Li2Sr2Ga0.2Al0.78(PO4)2:0.02Cr3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Ga2O3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr2Ga0.2Al0.78(PO4)2:0.02Cr3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行XRD分析，确认所得荧光粉无明显杂质；对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例1类似。
实施例11
按照Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)、Cr2O3(AR)和Yb2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+荧光粉。
在823nm发射波长条件下对本实施例荧光粉进行激发光谱检测，结果如图6所示，图6是本发明实施例11提供的Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+荧光粉在823nm发射波长下的激发光谱图。通过图6可以看出，该荧光粉在460nm附近有着高的激发峰，说明其可与商用蓝光芯片具有良好匹配。
在460nm光源激发下获得本实施例荧光粉的光谱发射图，结果如图7所示，图7是本发明实施例11提供的Li2Sr1.98Al0.98(PO4)2:0.02Cr3+,0.02Yb3+荧光粉在460nm光源激发下的光谱发射图。通过图7可以看出，该荧光粉在近红外光谱范围内有着宽的发射，半高宽可以达到216nm，主峰在823nm和976nm附近。
实施例12
按照Li2Sr1.98Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.02Yb3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)、Yb2O3(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr1.98Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.02Yb3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例11类似。
实施例13
按照Li2Sr1.94Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.06Yb3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)、Yb2O3(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr1.94Al0.94(PO4)2:0.06Cr3+,0.06Yb3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例11类似。
实施例14
按照Li2Sr1.94Al0.9(PO4)2:0.1Cr3+,0.06Yb3+化学计量比，分别称取Li2CO3(AR)、SrCO3(AR)、Al2O3(AR)、NH4H2PO4(AR)、Yb2O3(AR)和Cr2O3(AR)进行混合，然后将称量所得的原料置于玛瑙研钵中，研磨至混合均匀；然后将得到的样品粉末置于石英坩埚中，在空气环境下以5℃/min升温到800℃预烧结4小时，自然冷却到室温后研磨后均匀，然后在空气环境下继续加热到820℃烧结6小时，自然冷却到室温；最后将得到的固体样品置于玛瑙研钵中研磨成均匀粉末状，即获得无机近红外Li2Sr1.94Al0.9(PO4)2:0.1Cr3+,0.06Yb3+荧光粉。
对本实施例荧光粉进行荧光光谱性质分析，结果显示其荧光光谱性质与实施例11类似。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种宽带近红外发射的无机荧光材料，其特征在于，所述无机荧光材料的化学式为Li2AaBb(PO4)3:xCr3+,yYb3+；式中，A为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，B为Ga和/或Al，a+y=2，b+x=1，x＞0，y≥0。
2.根据权利要求1所述的无机荧光材料，其特征在于，0＜x≤0.3，0≤y≤0.1。
3.根据权利要求1所述的无机荧光材料，其特征在于，所述无机荧光材料的化学式具体为以下化学式中的一种或多种：
Li2Sr2Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+；Li2Sr2Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+；
Li2Sr2Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+；Li2Sr2Al0.88(PO4)3:0.12Cr3+；
Li2Sr2Al0.82(PO4)3:0.18Cr3+；Li2Sr2Al0.76(PO4)3:0.24Cr3+；
Li2Sr2Al0.7(PO4)3:0.3Cr3+；Li2Ca0.2Sr1.8Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+；
Li2Ba0.2Sr1.8Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+；Li2Sr2Ga0.2Al0.78(PO4)3:0.02Cr3+；
Li2Sr1.98Al0.98(PO4)3:0.02Cr3+,0.02Yb3+；Li2Sr1.98Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+,0.02Yb3+；
Li2Sr1.94Al0.94(PO4)3:0.06Cr3+,0.06Yb3+；Li2Sr1.94Al0.9(PO4)3:0.1Cr3+,0.06Yb3+。
4.一种权利要求1~3任一项所述的无机荧光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物混合研磨后进行烧结，得到宽带近红外发射的无机荧光材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含Li的化合物为Li的氧化物、Li的卤化物和Li的碳酸盐中的一种或多种；
所述含A的化合物为A的氧化物、A的卤化物和A的碳酸盐中的一种或多种；
所述含B的化合物为B的氧化物、B的卤化物和B的氧酸盐中的一种或多种；
所述含P的化合物为P的氧化物、磷酸盐、磷酸氢盐和磷酸二氢盐中的一种或多种；
所述含Cr的化合物为Cr的氧化物、Cr的硝酸盐、Cr的碳酸盐、Cr的氯化物和Cr的氢氧化物中的一种或多种；
所述含Yb的化合物为Yb的氧化物、Yb的硝酸盐、Yb的碳酸盐、Yb的氯化物和Yb的氢氧化物中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含Li的化合物为Li2CO3；
所述含A的化合物为CaCO3、SrCO3和BaCO3中的一种或多种；
所述含B的化合物为Al2O3、Al(NO3)3、Al(OH)3、Ga2O3、Ga (NO3)3和Ga (OH)3中的一种或多种；
所述含P的化合物为磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种；
所述含Cr的化合物为Cr2O3、Cr2(CO3)3、CrCl3和Cr(OH)3中的一种或多种；
所述含Yb的化合物为Yb2O3、Yb2(CO3)3、YbCl3和Yb(OH)3中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的具体过程包括：
i）将含Li的化合物、含有A的化合物、含B的化合物、含P的化合物，含Cr的化合物和含Yb的化合物混合研磨后进行一次烧结，冷却，研磨，得到中间产物；
ii）将所述中间产物进行二次烧结，冷却，研磨，得到宽带近红外发射的无机荧光材料；
所述第一烧结的温度低于所述二次烧结。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述一次烧结的升温速率为1~10℃/min；所述一次烧结的温度为750~920℃；所述一次烧结的时间为0.5~8h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述二次烧结的升温速率为1~10℃/min；所述二次烧结的温度为780~950℃；所述二次烧结的时间为1~12h。
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| CN108570323A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-09-25 | 昆明学院 | 一种磷铝酸锶锂荧光粉及其制备方法 |
| CN113583676A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-02 | 山东大学 | 一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-04-19 CN CN202210409809.4A patent/CN114717003B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108570323A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-09-25 | 昆明学院 | 一种磷铝酸锶锂荧光粉及其制备方法 |
| CN113583676A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-02 | 山东大学 | 一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Synthesis, photoluminescence and Li+ concentration effect on new reddish phosphor Li2Sr2Al(PO4)3:Sm3+ for white LEDs;Ju Haidong;《Inorganic CHemistry Commications》;第120卷;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114717003A (zh) | 2022-07-08 |
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