一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用。宽带近红外发光材料的化学式为：Gd

A broadband near infrared luminescent material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用
本专利技术属于发光材料
，具体涉及宽带近红外发光材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近红外(650–2500nm)发光材料在太阳能光谱模拟、太阳能电池光谱转换和近红外光谱分析技术等领域有着非常重要的应用。宽带近红外发光光源可以应用于无损检测、人脸识别和生物医疗等领域。红外LED芯片存在发光范围窄、效率低和成本高等问题。钨灯和卤素灯的近红外发光效率低且不能小型化。相比而言，采用“可见光LED+近红外发光材料”的荧光粉转换型光源的发光效率高、成本低且体积小。为此，研究人员开发出了一系列可被可见光激发的宽带近红外发光材料及其发光器件，例如中国专利CN107573937A、CN108795424A、CN109913209A、CN108913135A和CN110093160A，美国专利US20100320480A1、US9528876B2和US20180358514A1，以及非专利文献(JournalofLuminescence202(2018)523–531)公布了一系列石榴石结构型近红外发光材料X3Sc2Ga3O12(X＝Lu,Y,Gd,La):Cr3+，但是目前的近红外发光材料存在着各种问题，比如发光效率低、荧光热猝灭严重或者化学稳定性差等。显然，开发出化学稳定性好、发光效率高、荧光热猝灭小的宽带红外发光材料具有非常重要意义。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用，该发光材料在可见光激发下能产生700–1000nm的宽带近红外光，发光效率高、荧光热猝灭小。本专利技术采用的技术方案如下：一、一种宽带近红外发光材料所述发光材料的化学式为Gd3-xRexSc2-y-zCryAlzGa3O12，化学式中的Re为Bi、La、Tb、Y和Lu中的一种或多种组合。所述化学式中的x、y、z的取值范围分别为：0≤x≤0.3，0.01≤y≤0.2，0.2≤z＜2。所述发光材料的基质晶格具有石榴石晶体结构，属于立方晶系。所述发光材料的化学式中的Cr元素为Cr3+离子。所述的发光材料在波长为400–700nm的可见光激发下，发射700–1000nm的宽带近红外光。二、采用上述宽带近红外发光材料的制备方法包括以下步骤：步骤1：根据发光材料化学式Gd3-xRexSc2-y-zCryAlzGa3O12中各个元素的摩尔质量比分别称取各个元素的化合物作为原料；步骤2：在步骤1称取的原料中加入助熔剂后充分研磨或搅拌；所述助熔剂的质量百分比为1–10wt％，助熔剂采用硼酸、氟化铵、氟化锶或氟化钡等步骤3：在1200–1400℃条件下，将步骤2得到的混合物在空气、氮气或氮氢混合气中烧结3–15h，冷却后进行研磨，再次重复烧结一到三次；步骤4：最后将步骤3得到的生成物经洗涤、分级处理即得到所需要的近红外发光材料。分级处理为将生成物根据颗粒尺寸进行分类筛选。所述步骤1中各个元素的化合物具体为：Gd元素的氧化物、氟化物、醋酸盐或氯化物；Re元素的氧化物、氟化物、醋酸盐或氯化物；Sc元素的氧化物、氟化物、醋酸盐或氯化物；Cr元素的氧化物、硝酸铬、氟化物或碳酸盐；Al元素的氧化物、氟化物、氯化物或氢氧化物；Ga元素的氧化物、氟化物、氯化物或氢氧化物。三、一种宽带近红外发光器件包括激发光源和设置在激发光源上的荧光转换体，荧光转换体包括本专利技术所述的宽带近红外发光材料。所述荧光转换体通过将发光材料混入透明有机封装胶后固化得到，透明有机封装胶采用环氧树脂、有机硅脂或聚碳酸酯。所述激发光源采用发光二极管(LED)、激光二极管(LD)或有机发光二极管(OLED)。所述荧光转换体吸收激发光源发出的可见光，并将其部分或者全部转换为更长波长的光；所述激发光源发射400–500nm或者600–700nm的可见光。所述荧光转换体中至少包含本专利技术所述的近红外发光材料，还可以包含其他能被LED或LD芯片激发的可见光发光材料，例如黄色发光材料Y3Al5O12:Ce3+和红色发光材料CaAlSiN3:Eu2+；也可以包含可被可见光或者近红外光激发的其他近红外发光材料，例如LiInSi2O6:Cr3+、Al2O3:Ti3+、BeAl2O4:Ti3+、La3Ga5GeO14:Cr3+和Ca2LuHf2Al3O12:Cr3+。所述宽带近红外发光器件，可以用于植物照明、人脸识别、安防监控、食品检测、生物医疗等领域。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的宽带近红外发光材料的基质材料为具有石榴石结构的氧化物，其物理化学性能非常稳定。(2)与Ga、Sc等贵重元素相比，本专利技术采用的Al元素价格很低，且可以通过不同的Al浓度来调节该材料的发光波段。(3)本专利技术的近红外发光材料的激发带位于蓝光和红光区域，目前发射这两个波段的商业化LED或者LD芯片的效率很高，因此可以利用该发光材料与LED或者LD激发光源组装成一种发光效率高的近红外发光装置。含有该发光材料的发光装置能够广泛应用于植物照明、人脸识别、安防监控、食品检测、生物医疗等领域。(4)本专利技术的发光材料与现有技术相比，发光效率更高、荧光热猝灭更低，且其制备工艺简单、成本低。附图说明图1为本专利技术实施例1中近红外发光材料的XRD谱。图2为本专利技术实施例1中近红外发光材料的激发和发射光谱。图3为本专利技术实施例1中近红外发光材料与蓝光LED封装的近红外发光器件的电致发光光谱。图4为本专利技术实施例2中近红外发光材料的激发和发射光谱。图5为本专利技术实施例1和实施例2中近红外发光材料的发光强度随温度的变化曲线。具体实施方式本专利技术的宽带近红外发光材料可以采用多种常规制备方法制备，没有特殊限制，本专利技术提供一种传统高温固相法，但不限于此。本专利技术还提供使用该宽带近红外发光材料制备的一种近红外发光器件。具体地，先将近红外发光材料与有机硅脂、环氧树脂等可以固化的有机透明胶水混合均匀得到浆料，然后将浆料涂覆在LED芯片上，固化即得所需发光器件；也可以将该浆料固化成具有特定形状的转换体，然后将该转换体与LED芯片组装成发光器件；上述LED芯片的发射波长为400–500nm或者600–700nm；LED芯片也可以使用发射相应波段的LD或OLED代替。本专利技术近红外发光材料与封装胶水的比例没有特定限制，视具体情况而定；本专利技术发光材料亦可以结合其他能够被400–500nm或者600–700nm波段激发的发光材料，组装成多波段发射的发光器件。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1制备Gd3Sc1.47Al0.5Cr0.03Ga3O12：按Gd3Sc1.47Al0.5Cr0.03Ga3O12中各个元素的摩尔质量比，准确称取高纯的Gd2O3，Sc2O3，Cr2O3，Ga2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带近红外发光材料，其特征在于，所述发光材料的化学式为Gd

【技术特征摘要】
1.一种宽带近红外发光材料，其特征在于，所述发光材料的化学式为Gd3-xRexSc2-y-zCryAlzGa3O12，化学式中的Re为Bi、La、Tb、Y和Lu中的一种或多种组合。


2.根据权利要求1所述的一种宽带近红外发光材料，其特征在于，所述化学式中的x、y、z的取值范围分别为：0≤x≤0.3，0.01≤y≤0.2，0.2≤z＜2。


3.根据权利要求1所述的一种宽带近红外发光材料，其特征在于，所述发光材料的基质晶格具有石榴石晶体结构，属于立方晶系。


4.根据权利要求1所述的一种宽带近红外发光材料，其特征在于，所述发光材料的化学式中的Cr元素为Cr3+离子。


5.根据权利要求1所述的一种宽带近红外发光材料，其特征在于，所述的发光材料在波长为400–700nm的可见光激发下，发射700–1000nm的宽带近红外光。


6.采用权利要求1～5任一所述宽带近红外发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据发光材料化学式Gd3-xRexSc2-y-zCryAlzGa3O12中各个元素的摩尔质量比分别称取各个元素的化合物作为原料；
步骤2：在步骤1称取的原料中加入助熔剂后充分研...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文戈，邱建荣，刘小峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33