一种自激活型深红近红外荧光粉及其制备方法和应用

本发明涉及发光材料，具体涉及一种自激活型深红近红外荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术：

1、发光材料是现代技术中必不可少的材料，在显示照明、安全标识、光学防伪、光学传感器、波导和光电器件等方面发挥着关键作用。大多数无机发光材料通过多种激活离子实现发光，例如稀土离子和过渡金属离子。稀土离子丰富的能级跃迁和过渡金属离子的晶体场理论允许光子从紫外到可见光再到红外波段的发射，这为其在照明和防伪应用中提供了显著的优势。特别地，深红-近红外光与生物组织的相容性在日常生活中已经变得越来越重要。其不仅能促进人体的循环和新陈代谢，提高整体机能，而且能显著促进植物的生长发育。在现代气候变化的日益影响和对节能减排日益重视的大环境下，全球农业生产正在走向更加密集和标准化的道路。因此，室内植物栽培(ipc)已成为设施农业的一个重要组成部分。然而，传统的ipc方法却受到频谱不匹配、过度能源消耗和环境污染等问题的困扰。为了能有效解决以上问题，荧光转换发光二极管(pc-led)由于其可调光谱、节能特性和室内植物栽培照明的环保效益而逐渐走向大众视野。一般来说，蓝色(400-500nm)、红色(600-700nm)和远红色(700-780nm)的光是大多数植物栽培中必不可少的能源。这些光能被植物通过叶绿素a、叶绿素b、光绿色素b等植物色素转化为其生长所需的化学能。因此，作为用于植物照明的pc-led的关键部件，荧光粉必须满足其光谱组成和发光特性的严格要求。以往的研究经常利用mn4+激活的氟化物或氧化物来制备植物照明pc-led，因为它们的宽吸收带和远红光发射(620-800nm)与植物生长所需的光匹配良好。例如：k2tif6:mn4+、k2sif6:mn4+、cs2sif6:mn4+，以及各种氧化物，如ba2mgge2o7:mn4+、ba2gdnbo6:mn4+、li2mgtio4:mn4+、srlasco4:mn4+、ca2ysbo6:mn4+、nalamgwo6:mn4+和li2sno3:mn4+。然而，由于mn4+的3d3电子构型对达到所需发射波长范围所需的晶体场环境的敏感性，在材料的选择和设计方面就受到了限制。此外，mn4+还具有生物毒性，可污染环境，导致这些mn4+活化荧光粉不适用于某些具有高安全性的领域。

2、自激活无机发光材料可以实现光致发光，而不需要掺杂激活离子，发光行为通常与它们自身的性质有关。由于无需掺杂任何稀土离子或者过渡金属离子，这使得其在制备工艺和经济成本方面具有简便、低廉的优势。最近，我们的团队发明了一种新型的无机自激活发光材料liznnbo4，它不需要任何激活剂离子进行掺杂就可在近紫外光的激发下，表现出以711nm为中心的650～900nm的宽带深红-近红外光子发射。此外，为了进一步提高其发光强度，我们还通过掺杂非激活剂离子和一系列不具激活剂作用的稀土离子使得材料的发光强度得到显著提升。值得注意的是，我们合成的一系列荧光粉的深红-近红外发射与植物的光敏色素(pr和pfr)的吸收范围相一致，这使得我们制备的荧光粉在植物生长照明方面表现出巨大的潜力。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供制备方法简单、易操作，低成本、高环保，化学性能稳定、发光效率良好的可被紫外高效激发的一种自激活型深红近红外荧光粉。

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：一种自激活型深红近红外荧光粉，其特征在于：其化学通式为liznnbo4:xa，其中，0≤x≤0.1,所述a为na、pr、tm、sm、dy、tb、er、ho元素中的一种。

3、进一步的，所述深红-近红外荧光粉的激发波长范围为230～375nm；所述深红-近红外荧光粉的发射光谱的波长范围为650～900nm。

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

5、s1、按化学通式liznnbo4的化学计量比称取相应化学原料，将称量好的原料盛放在玛瑙研钵中，然后添加酒精直至淹没粉体原料，经充分混匀研磨后，即得到预烧结原料混合物；

6、s2、将收集的预烧结原料混合物转移至al2o3刚玉坩埚中，然后将其放置在马弗炉中按照升温速率3～10℃/min的加热速度加热到1000～1300℃煅烧2～6h；当反应结束，且马弗炉温度自然冷却到室温后，得到焙烧产物；

7、s3、取出得到的焙烧产物，经破碎、研磨、分级、筛选处理，即得所需的深红-近红外荧光粉。

8、进一步的，s1中，所述原料为锂、锌、铌的碳酸盐或氧化物中的一种或多种。

9、进一步的，s2中，马弗炉中煅烧温度具体为1100℃，煅烧时间具体为4h。

10、本发明的第三目的在于提供一种自激活型深红近红外荧光粉的应用，其特征在于：所述深红-近红外荧光粉在植物照明中的应用。

11、进一步的，所述深红-近红外荧光粉在植物照明中的应用，具体为制备含有深红-近红外荧光粉且发光波长为300～400nm的紫外led芯片。

12、进一步的，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、本申请中的深红-红外荧光粉(liznnbo4:xa)能够被紫外光高效激发，并将其转换为650～900nm范围的近红外光，并且在330nm紫外光激发下可实现高效的宽带深红-近红外发射，且发射强度可调控，通过掺杂不同离子的方式制得了一系列深红-近红外荧光粉材料，显著提升了荧光粉的发光强度，实现了对该荧光粉发光行为的有效优化，进一步提升了其应用潜力；

15、2、本发明所得材料可用于制备自激活型深红-近红外光源，所述荧光粉能够在不掺杂任何激活发光离子的情况下实现深红-近红外光，这对于荧光粉转换型近红外led的种类和研究起到了扩展作用；而且避免了常用激活剂稀土离子价格昂贵、光谱范围窄等弊端，成为高效产生深红-近红外光的新途径。

16、3、本发明采用高温固相法，制备方法简单，绿色无污染，成本较低，适合规模化生产。

技术特征：

1.一种自激活型深红近红外荧光粉，其特征在于：其化学通式为liznnbo4:xa，其中，0≤x≤0.1,所述a为na、pr、tm、sm、dy、tb、er、ho元素中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种自激活型深红近红外荧光粉，其特征在于：所述深红-近红外荧光粉的激发波长范围为230～375nm；所述深红-近红外荧光粉的发射光谱的波长范围为650～900nm。

3.一种自激活型深红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所述的一种自激活型深红近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：s1中，所述原料为锂、锌、铌的碳酸盐或氧化物中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的一种自激活型深红近红外荧光粉的制备方法，其特征在于：s2中，马弗炉中煅烧温度具体为1100℃，煅烧时间具体为4h。

6.一种自激活型深红近红外荧光粉的应用，其特征在于：所述深红-近红外荧光粉在植物照明中的应用。

7.根据权利要求6所述的一种自激活型深红近红外荧光粉的应用，其特征在于：所述深红-近红外荧光粉在植物照明中的应用，具体为制备含有深红-近红外荧光粉且发光波长为300～400nm的紫外led芯片。

8.根据权利要求7所述的一种自激活型深红近红外荧光粉的应用，其特征在于：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自激活型深红近红外荧光粉及其制备方法和应用；其化学通式为LiZnNbO<subgt;4</subgt;:xA，其中，0≤x≤0.1,所述A为Na、Pr、Tm、Sm、Dy、Tb、Er、Ho元素中的一种；所述深红‑近红外荧光粉的制备是通过按化学通式LiZnNbO<subgt;4</subgt;:xA的化学计量比称取原料，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。本发明提供了制备方法简单、易操作，低成本、高环保，化学性能稳定、发光效率良好，可被紫外高效激发的一种深红‑近红外荧光粉。技术研发人员：宋志国,宋文,李永进,尹兆益,张凯文,邱建备,彭进才,王田慧,何方宇,徐良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：2024/6/20