一种近红外荧光粉及其制备方法和应用

本发明涉及发光材料，具体涉及一种近红外荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，近红外发光材料因其在夜视监控、生物成像、食品检测、植物照明等多个领域的广泛应用而受到人们的关注。但传统的近红外光源要么效率低、尺寸大(如白炽灯、卤素灯)，要么发射频带窄、能耗高(如近红外发光二极管、近红外固体激光器)，严重阻碍了其在光谱分析和便携式设备中的应用。因此，开发新型高效、稳定且宽带发射的nir发光材料以及探索适合的封装工艺以满足便携式nir检测的需求已成为被关注的焦点。近红外荧光粉转换性发光二极管(nir pc-led)是通过将荧光粉与高效的蓝光芯片组合来实现近红外发射，与传统的近红外光源相比，nir pc-led因其成本低、寿命长和发光效率高等优点，逐渐发射成为近红外的主流光源。

2、目前，在实现近红外发射的激活离子主要是稀土离子和过渡金属离子。其中，过渡金属cr3+因其独特的宽带吸收和近红外发射可调谐特性，被认为是理想的近红外发射激活离子。cr3+具有3d3电子构型，发光特性受晶体场环境影响显著，目前近红外发射调谐发射的基本途径取决于控制晶体场的强度。但随着晶体场减弱，激发峰会发生红移，导致与蓝色led芯片失配。根据基态和激发态之间的能隙变窄引起的多声子辐射和非辐射跃迁理论，由于增强的非辐射弛豫，发射效率也将不可避免地随着较弱的晶体场而降低。因此，找到一种方法来实现适当的晶体场环境，保持有效的蓝光激发，同时红移发射光谱仍然是一个重大的挑战。

3、为解决上述问题，本发明选用具有反尖晶石结构的zn2tio4作为基质，其结构能够被半径相近的其他离子部分取代而保持其晶体结构基本不变。通过离子取代，构筑固溶体，制备宽谱近红外荧光粉，在激发波长不发生偏移的前提下实现对近红外发射光谱的可调可控；通过改善反应条件，获得形貌良好的晶粒，从而达到应用标准，具有较广泛的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种制备方法简单、易于操作，光谱可调、发光效率高、化学性能稳定、热稳定性良好，能够被蓝光芯片高效激发的近红外荧光粉。

2、为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种近红外荧光粉，其特征在于：其化学通式为zn2-xaxtiybzo4：mcr；其中，0≤x≤2，0≤y≤1，0≤z≤1，m＝1-y-z；所述a元素为mg、eu、sm元素中的一种；所述b元素为sn、si元素中的一种或两种。

3、进一步的，所述近红外荧光粉的激发波长范围为300～700nm；所述近红外荧光粉的发射光谱的波长范围为650～1100nm。

4、本发明的第二目的在于提供一种近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5、step1：按化学通式zn2-xaxtiybzo4：mcr称取原料及助熔剂，研磨混匀后得到原料混合物；

6、step2：所得的混合粉体转移至刚玉坩埚中，在马弗炉中按照升温速率1～15℃/min加热速度加热到1100～1500℃并保温5～12h，获得焙烧产物；

7、step3：待反应结束，马弗炉温度自然冷却到室温后，将所得焙烧产物经破碎、研磨、分级、筛洗处理，即得所需的近红外荧光粉。

8、进一步的，所述原料为镁、锌、锡、以及铬的单质、氧化物、卤化物、硫化物、碳酸盐、硼酸盐、硫酸盐、磷酸盐或硝酸盐。

9、进一步的，所述助熔剂为h3bo3，质量用量为原料总质量的1～8％。

10、根据权利要求4所述的一种近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：所述助熔剂的质量用量为原料总质量的2％。

11、本发明的第三目的在于提供一种近红外荧光粉的应用，其特征在于：所述近红外荧光粉在近红外光源中的应用。

12、进一步的，所述近红外光源为含有近红外荧光粉且发光波长为400～500nm的蓝光led芯片；所述led芯片为ingan或gan半导体芯片。

13、本发明的有益效果是：

14、1、本申请中zn2-xaxtiybzo4：mcr的近红外荧光粉能够被紫外光、蓝光和红光高效激发，并将其转换为650～1100nm范围的近红外光。通过离子取代等方式构筑固溶体，制得了不同发射波长的近红外荧光粉材料，不仅显著提升了荧光粉的发光强度，且实现了光谱的可调控性，进一步扩大其应用范围；

15、2、本发明制备的近红外发光材料表现出发光强度高，在468nm蓝光激发下实现高效的宽带近红外发射，且发射峰值可在719～810nm范围内调控，对于近红外荧光粉转换led的输出功率及应用前景起到提升作用；

16、3、本发明所得的近红外发光材料可用于制备近红外光源，所述近红外光源能够在蓝光芯片、紫外芯片激发下发射宽带近红外光，且可以通过复合多种荧光粉，实现光谱的可调可控效果。本发明所述发光装置可以满足光效通讯、脸部虹膜识别、安防监控、防伪、激光雷达、食品检测、数位医疗、3d传感等多种领域需求；而且避免了直接使用近红外芯片的发光装置成本高，稳定性差的弊端，成为产生近红外光的新途径。

技术特征：

1.一种近红外荧光粉，其特征在于：其化学通式为zn2-xaxtiybzo4：mcr；其中，0≤x≤2，0≤y≤1，0≤z≤1，m＝1-y-z；所述a元素为mg、eu、sm元素中的一种；所述b元素为sn、si元素中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的一种近红外荧光粉，其特征在于：所述近红外荧光粉的激发波长范围为300～700nm；所述近红外荧光粉的发射光谱的波长范围为650～1100nm。

3.一种近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：所述原料为镁、锌、锡、以及铬的单质、氧化物、卤化物、硫化物、碳酸盐、硼酸盐、硫酸盐、磷酸盐或硝酸盐。

5.根据权利要求3所述的一种近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：所述助熔剂为h3bo3，质量用量为原料总质量的1～8％。

6.根据权利要求5所述的一种近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：所述助熔剂的质量用量为原料总质量的2％。

7.一种近红外荧光粉的应用，其特征在于：所述近红外荧光粉在近红外光源中的应用。

8.根据权利要求7所述的一种近红外荧光粉的应用，其特征在于：所述近红外光源为含有近红外荧光粉且发光波长为400～500nm的蓝光led芯片；所述led芯片为ingan或gan半导体芯片。

技术总结本发明公开了一种近红外荧光粉及其其制备方法和应用；所述近红外荧光粉的化学通式为Zn<subgt;2‑x</subgt;A<subgt;x</subgt;Ti<subgt;y</subgt;B<subgt;z</subgt;O<subgt;4</subgt;：mCr；其中，0≤x≤2，0≤y≤1，0≤z≤1，m＝1‑y‑z；所述近红外荧光粉的制备是通过按化学通式Zn<subgt;2‑x</subgt;A<subgt;x</subgt;Ti<subgt;y</subgt;B<subgt;z</subgt;O<subgt;4</subgt;：mCr称取原料及助熔剂，研磨混匀后在刚玉坩埚中加热保温制得产物，通过对产物破碎、研磨、分级、筛洗处理得到；本发明提供的近红外荧光粉发光强度高、温度猝灭特性良好、化学性质稳定、激发和发射范围较宽，激发带覆盖从250nm至700nm的光谱区域，发射带覆盖650nm至1100nm的近红外区域，且发射峰值可在719‑810nm范围内调控。本发明采用高温固相法，制备方法简单，绿色无污染，适合规模化生产。技术研发人员：宋志国,张凯文,李永进,尹兆益,宋文,邱建备受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27