一种镓锗酸盐近红外发光材料的制备及应用

本发明涉及一种近红外发光材料，具体涉及一种镓锗酸盐近红外发光材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着近红外光学应用的不断发展以及市场需求的不断扩大，近红外发光材料受到研究者以及相关行业人员地广泛关注。高发光效率、高热稳定性的近红外荧光粉作为荧光转换型近红外光源的关键支撑材料，在植物生长、夜视照明、安防监控、无损检测、虹膜识别和食品成分分析等领域展现出巨大的应用前景。在众多不同离子激活的荧光粉材料中，cr3+较容易实现从深红色到nir的可调宽带发射，且在可见光谱范围内具有很强的宽谱吸收，可与蓝光led芯片很好地匹配，受到了nir荧光粉研究者的特别关注。在已报道的荧光粉中，高性能的材料还仅仅局限在石榴石体系之中，这类材料化学组成复杂、合成条件严苛且原料价格昂贵，cr3+在其中所产生的发射主峰大都在700~780nm之间(light:sci.appl.2020, 9, 86)，其应用领域非常有限，使得材料最终的产业化进展非常缓慢。部分峰值波长大于800nm的材料，例如ca2lazr2ga2.8al0.2o12:cr3+的峰值波长λem＝820 nm，外量子效率23.5%，150℃时剩余发光强度为室温下的64% (acs appl. electron. mater.2022, 4, 643)；mg2ge2o6:cr3+的峰值波长λem＝844 nm，外量子效率28.5%，150℃时剩余发光强度仅为室温下的33%(j. mater. chem. c 2022, 10, 9232)；ligap2o7:cr3+的峰值波长λem＝846 nm，外量子效率28.3%，150℃时剩余发光强度仅为室温下的20%(laserphotonics rev. 2021, 15, 2100227)。总之，现有材料体系难以解决发射峰值波长大于800nm的近红外材料效率低且热稳定性不足的问题，因而亟待开发出cr3+激活的新型高性能近红外发光材料，作为宽带近红外光源。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种镓锗酸盐近红外发光材料及其制备方法，所述发光材料的发射光谱峰值大于800nm、光谱可调、发光效率高（外量子效率超过30%）、热稳定性良好（150℃时剩余发光强度超过室温下的65%），能够被蓝光芯片高效激发。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种镓锗酸盐近红外发光材料，该近红外发光材料的化学表达式为ga3+x-yal3-xge2o13： ycr3+，其中，0≤ x≤0.5，0.008≤ y≤0.02。

4、制备步骤如下：

5、1）按近红外发光材料化学表达式ga3+x-yal3-xge2o13： ycr3+中各化学组成的化学计量比，分别取以下原料：

6、ga2o3和geo2；

7、al2o3或al(oh)3；

8、cr(no3)3或cr2o3；

9、将所取各原料混合并充分混合研磨，制得原料粉末。

10、2）将原料粉末置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至1250℃～1450℃，焙烧4～6h，冷却至室温，得到煅烧物。

11、3）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。

12、本发明的另一目的在于提供一种发光装置，该发光装置包含光源和发光材料，所述发光材料采用上述镓锗酸盐近红外发光材料，所述光源为蓝光led芯片。

13、将所得镓锗酸盐近红外发光材料胶和在蓝光led芯片表面，随后再安装透镜从而得到近红外led发光装置，可应用于生物成像、植物照明、夜间监视和食品检测中。

14、本发明制备方法具有以下优点：

15、1）本发明提供的镓锗酸盐近红外荧光材料在蓝光激发下，发射出峰值波长在800～860nm，可连续变化的近红外光谱，且发光效率高(外量子效率在30％以上)，具有潜在的商用价值；

16、2）制得的近红外发光材料具有良好的热稳定性，150℃时剩余发光强度超过室温下的65%；

17、3）制备方法简单、无污染、无废水废气排放、无放射性，不会对环境造成危害，无需保护性气氛，操作简单，适合大规模工业化生产。

技术特征：

1.一种镓锗酸盐近红外发光材料，其特征在于，该近红外发光材料的化学表达式为ga3+x-yal3-xge2o13：ycr3+，其中，0≤x≤0.5，0.008≤y≤0.02。

2.一种如权利要求1所述镓锗酸盐近红外发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.一种发光装置，包含光源和发光材料，其特征在于，所述发光材料采用如权利要求1所述的近红外发光材料，所述光源为蓝光led芯片。

4.如权利要求3所述发光装置在生物成像、植物照明、夜间监视和食品检测中的应用。

技术总结本发明公开一种镓锗酸盐近红外发光材料的制备方法，该发光材料的化学式为Ga<subgt;3+x‑y</subgt;Al<subgt;3‑</subgt;<subgt;x</subgt;Ge<subgt;2</subgt;O<subgt;13</subgt;：yCr<supgt;3+</supgt;按该化学式中各原料的化学计量比，分别称取各原料，Ga通过氧化物引入，Al通过氧化物或氢氧化物引入，Ge通过氧化物引入，Cr通过氧化物或硝酸盐引入；将各原料充分混合研磨，得原料粉末。在空气气氛和一定温度下保温，随炉冷却至室温，研磨，制得近红外发光材料。该制备方法可以获得具有发射光谱峰值大于800nm、光谱可调、发光效率高（外量子效率超过30%）、热稳定性良好（150<supgt;o</supgt;C时剩余发光强度超过室温下的60%）、能够被蓝光芯片高效激发等优点的近红外发光材料，可应用于生物成像、植物照明、夜间监视和食品检测中，制备方法简便，无废水废气排放，适合大规模工业化生产。技术研发人员：张强,刘斌,郭艳珠受保护的技术使用者：兰州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30