CN115340865B - 一种可见近红外发光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可见近红外发光材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)、称取(2‑x)份BaCO3，一份MgO，两份H3BO3以及x份Eu2O3，倒入容器中进行混合研磨，研磨后得到混合粉体A，x＝0.01、0.02、0.03……0.25；2)、将混合粉体A升温至400℃并煅烧2h；3)、煅烧后进行冷却，冷却后继续研磨，得到混合粉体B；4)、将混合粉体B升温至900℃并煅烧2.5h；5)、煅烧后进行冷却，冷却后继续研磨，得到混合粉体C；6)、将混合粉体C升温至1070℃并煅烧，煅烧过程中需取出并研磨3～4次，该过程中的总煅烧时间为12h；7)、煅烧后随炉冷却，在冷却后研磨，得到Ba2‑xMgB2O6：xEu3+粉体。其制备工艺相对简单，以Eu3+作为激活剂，较容易获得，且量子产率和色度纯度高。

Description

一种可见近红外发光材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种发光材料及其制备方法，尤其是一种可见近红外发光材料及其制备方法。
背景技术
随着当今社会科技的不断进步，人们在逐渐满足了基本的生活需求后，开始追求更高的生活品质。“节能”、“低碳”和“绿色”等环保名词开始进一步走进人们的生活，人们对高新科技产品的需求也在不断提升。由此，探索新型、清洁、节能的环保型材料显得尤为重要。
发光二极管(LED)作为一种新型的固体光源，拥有节能、绿色环保、高效、寿命长(10000h以上)、体积小、易维护等诸多优点，被称为将超过白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯的第四代照明光源，在照明和显示领域有着巨大的应用前景。稀土离子具有丰富的能级，其掺杂的发光材料在绿色照明、短波长激光器、信息显示、生物荧光标识以及光电子学等领域有着广阔的应用前景。
其中，近红外荧光转换二极管作为一种新型的紧凑型近红外光源，在医疗，食品检测和生物医学等方面具有广阔的应用前景。卤钨灯是一种传统近红外光源，在可见近红外区域光谱连续变化，在实验室中广泛使用，但它体积大，发光效率低，使用寿命短等缺点使其不能搭载到便携式电子设备中。近红外荧光转换二极管则具有效率高，尺寸小，使用寿命长及全固态特点，可与便携式电子设备有效集成。目前，将宽带近红外荧光粉与蓝色LED芯片相结合用来制造尺寸小和效率高的新型固态近红外光源被认为是一个理想的技术手段。
但是，目前的可见近红外发光材料普遍存在制备工艺复杂，激活剂不易获取，量子产率和色度纯度低等问题。
鉴于现有技术所存在的缺陷，有必要开发一种新型的可见近红外发光材料及其制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种可见近红外发光材料及其制备方法，其制备工艺相对简单，以Eu3+作为激活剂，较容易获得，且量子产率和色度纯度高。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可见近红外发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、称取(2-x)份BaCO3，一份MgO，两份H3BO3以及x份Eu2O3，将上述组分倒入容器中进行混合研磨，研磨后得到混合粉体A，其中，x＝0.01、0.02、0.03……0.25；
2)、将所述混合粉体A升温至400℃并在此温度下煅烧2h；
3)、煅烧后进行冷却，并在冷却后继续研磨，研磨后得到混合粉体B；
4)、将所述混合粉体B升温至900℃并在此温度下煅烧2.5h；
5)、煅烧后进行冷却，并在冷却后继续研磨，研磨后得到混合粉体C；
6)、将所述混合粉体C升温至1070℃并在此温度下煅烧，其中，煅烧过程中需取出并研磨3～4次，并在每次研磨后仍升温至1070℃并在此温度下煅烧，该过程中的总煅烧时间为12h；
7)、煅烧后随炉冷却，并在冷却后研磨，研磨后得到Ba2-xMgB2O6：xEu3+粉体。
优选地，x＝0.22，得到的是Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+粉体。
优选地，所述步骤1)、3)和5)中的研磨时间均为0.5h-1.5h。
优选地，所述步骤6)中的每次研磨的时间和所述步骤7)中的研磨时间均为1h-1.5h。
优选地，所述步骤2)、4)和6)中的升温速率均为15-25℃/min。
此外，本发明还提供一种可见近红外发光材料，其特征在于，其采用上述制备方法制备而成。
与现有技术相比，本发明的可见近红外发光材料及其制备方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
1、其采用高温固相法制备而成，整个制备过程均在空气环境下完成，制备工艺相对简单。
2、其采用Eu3+作为激活剂，较容易获得。
3、其量子产率和色度纯度高，其中，量子产率能够达到49.68％，色度纯度高达99.26％。
4.其同时在可见光和红外光范围均有发光。
附图说明
图1是本发明的可见近红外发光材料的制备方法的流程图；
图2是本发明制备的Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+、Ba2MgB2O6以及Ba2MgB2O6的标准卡片；
图3是本发明制备的Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+的荧光光谱图；
图4是本发明制备的Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+以612nm为检测波长测试得到的荧光衰减曲线；
图5是本发明制备的Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+以808nm为检测波长测试得到的荧光衰减曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
针对现有技术的不足，本发明提供一种可见近红外发光材料及其制备方法，其可以制备出量子产率和色度纯度高的可见近红外发光材料。
图1示出了本发明的可见近红外发光材料的制备方法的流程图。
如图1所示，本发明的可见近红外发光材料的制备方法包括以下步骤：
一、称取(2-x)份BaCO3，一份MgO，两份H3BO3以及x份Eu2O3，将上述组分倒入容器中进行混合研磨，研磨后得到混合粉体A。其中，x＝0.01、0.02、0.03……0.25，也就是，x是从0.02到0.25的值，且x为两位小数。
优选地，研磨时在玛瑙研钵中进行，并且研磨时间为0.5h-1.5h。
通过研磨，使得各种组分可以成为混合均匀的粉体，以便于后续的煅烧。
二、将所述混合粉体A升温至400℃并在此温度下煅烧2h。
该步骤是初步煅烧，通过初步煅烧可以使H3BO3充分分解并且去除其中的水分。
在本发明中，可以将所述混合粉体A放入电阻炉里进行煅烧。其中，在升温时，以15-25℃/min的升温速率升温至400℃。
三、煅烧后进行冷却，并在冷却后继续研磨，研磨后得到混合粉体B。
在冷却时可以随炉自然冷却，也可以采用其它措施进行快速冷却，在本发明中，对冷却方式不进行限定。
并且，同步骤一类似，研磨时可以在玛瑙研钵中进行，并且研磨时间为0.5h-1.5h。
四、将所述混合粉体B升温至900℃并在此温度下煅烧2.5h。
同步骤二类似，可以将所述混合粉体B放入电阻炉里进行煅烧。其中，在升温时，以15-25℃/min的升温速率升温至900℃。
五、煅烧后进行冷却，并在冷却后继续研磨，研磨后得到混合粉体C。
同步骤三类似，在冷却时可以随炉自然冷却，也可以采用其它措施进行快速冷却，在本发明中，对冷却方式不进行限定。
并且，同步骤一和步骤三类似，研磨时可以在玛瑙研钵中进行，并且研磨时间为0.5h-1.5h。
六、将所述混合粉体C升温至1070℃并在此温度下煅烧。
其中，在煅烧过程中需取出并研磨3～4次，并在每次研磨后仍升温至1070℃并在此温度下煅烧，该过程中去除冷却、研磨、升温等时间后的总煅烧时间为12h。也就是，煅烧3-4h左右，取出并快速冷却，然后进行研磨；研磨后进行升温和继续煅烧；再煅烧3-4h左右，再取出并快速冷却，然后再进行研磨；如此反复进行。
优选地，每次研磨的时间均为1h-1.5h。
更优选地，升温时的升温速率也为15-25℃/min。
七、煅烧后随炉冷却，并在冷却后研磨，研磨后得到Ba2-xMgB2O6：xEu3+粉体。
优选地，研磨时间为1h-1.5h。
由此，本发明采用高温固相反应法制备了掺杂浓度不同的Ba2-xMgB2O6：xEu3+(x＝0.01、0.02……0.25)荧光粉，并对它们分别进行了荧光光谱测试。根据荧光光谱测试结果发现，发光性能最好的是Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+。因此，下面对该粉体进行量子产率和荧光寿命的研究，以获得其性能。
对Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+进行XRD、荧光寿命和量子产率的测试，得出以下结论：
1、XRD测试发现，Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+的特征峰与Ba2MgB2O6的标准卡一致，根据计算得出Eu3+离子取代了Ba2+成功嵌入到Ba2MgB2O6晶体内，具体参见图2。
2、根据荧光光谱测试发现，Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+的发射光谱在可见光和近红外区域均有不同程度的发光，具体参见图3。
3、分别以612nm和808nm为检测波长测试其荧光衰减曲线，得出其荧光衰减寿命分别为17.07nm和16.96nm，具体参见图4和图5。
4、Ba1.78MgB2O6：0.22Eu3+在612nm红光发射具有较高的荧光量子产率值，具体高达49.68，并且，其色度纯度高达99.26％。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员，依据本发明的思想，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种可见近红外发光材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)、称取(2-x)份BaCO3,一份MgO,两份H3BO3以及x份Eu2O3,将上述组分倒入容器中进行混合研磨,研磨后得到混合粉体A,其中,x＝0.01、0.02、0.03、0.22、0.25；
2)、将所述混合粉体A升温至400℃并在此温度下煅烧2h；
3)、煅烧后进行冷却,并在冷却后继续研磨,研磨后得到混合粉体B；
4)、将所述混合粉体B升温至900C℃并在此温度下煅烧2.5h；
5)、煅烧后进行冷却,并在冷却后继续研磨,研磨后得到混合粉体C；
6)、将所述混合粉体C升温至1070℃并在此温度下煅烧,其中,煅烧过程中需取出并研磨3～4次,并在每次研磨后仍升温至1070℃并在此温度下煅烧,该过程中的总煅烧时间为12h；
7)、煅烧后随炉冷却,并在冷却后研磨,研磨后得到Ba2-xMgB2O6:2xEu3+粉体。
2.根据权利要求1所述的可见近红外发光材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)、3)和5)中的研磨时间均为0.5h-1.5h。
3.根据权利要求1所述的可见近红外发光材料的制备方法,其特征在于，所述步骤6)中的每次研磨的时间和所述步骤7)中的研磨时间均为1h-1.5h。
4.根据权利要求1所述的可见近红外发光材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)、4)和6)中的升温速率均为15-25℃/min。
5.一种可见近红外发光材料,其特征在于,其采用权利要求1-4中任一项所述的制备方法制备而成。
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