一种超宽光谱近红外荧光材料、近红外荧光陶瓷及制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种超宽光谱近红外荧光材料、近红外荧光陶瓷及制备方法和装置。所述超宽光谱近红外荧光材料的化学组成为(Sr1‑

【技术实现步骤摘要】
一种超宽光谱近红外荧光材料、近红外荧光陶瓷及制备方法和装置


[0001]本专利技术涉发光材料制备
，尤其是涉及一种超宽光谱近红外荧光材料、近红外荧光陶瓷及制备方法和装置。

技术介绍

[0002]近红外光谱分析技术具有方便、快速、无损、无污染等优点，近年来，基于不同波段(特别是700～1700nm之间)的近红外光谱与物质之间的作用不同，近红外光谱分析逐渐应用到食品检测、石油化工、高分子、制药、面部识别、安防监控、机器视觉等领域。
[0003]近红外光源是近红外光谱分析技术应用的前提。通常要求近红外光源输出的近红外光谱要足够的宽，能覆盖足够的范围。传统的近红外光源包括氙灯或近红外激光器。氙灯的体积大，功耗高，寿命短；近红外激光器的光谱范围较窄，适用性较差，对于要求宽光谱的诸多技术应用，如食品检测等，无法满足技术需求。
[0004]主要面向遥控器、光通讯和安防监控等应用领域的近红外LED芯片同样可产生近红外光谱。虽然采用多波段近红外芯片拼合，也能获得700～1700nm范围内的近红外光谱，但近红外LED的单颗芯片存在发射功率小，热衰减特性差，发射光谱窄(发射光谱典型的半高宽为20nm)，成本较高昂贵等缺点，如专利文献1(中国技术专利CN203167371U)公开了一种光谱可调节的LED近红外光源，其中包含8路独立可控PWM波发生模块，按键控制模块，LED驱动电路，LED阵列，以及安装散光片和滤光片用以调节光谱。每路PWM波通过LED驱动电路控制8个一种峰值波长LED灯的亮度。选用不同峰值波长的LED，每种峰值波长的LED选用8只，呈环形布局，一组按键通过控制PWM波的脉宽而间接控制LED灯的亮度。通过按键调节每路PWM波的脉宽，从而调节每种波长LED的亮度，经过散光及滤光达到调节光谱的目的。显然多波段近红外芯片拼合获得的具有连续光谱的近红外光源的设计极为复杂，由于每个芯片的封装形式、驱动电压、电流不同，制造技术难度极大，且成本高，器件稳定性差可靠性和实用性差。
[0005]近年来，模仿白光LED技术，通过蓝光LED芯片激发近红外荧光材料获得近红外光的技术广泛关注。使用该技术获得的近红外光源具有全固态、体积小、寿命长、高效节能和宽光谱等优点。由于蓝光LED芯片技术成熟，因此化学性质稳定、量子效率高、热猝灭特性高的宽谱发射近红外荧光材料则成为基于蓝光LED激发荧光粉型的近红外光源实用化的关键。因此，开发具有宽光谱的近红外发光材料，具有十分重要的意义。
[0006]近来公开一些近红外材料，特别是Cr
3+
掺杂的近红外荧光材料，如专利文献2(中国专利技术专利申请CN110857388A)公开了一种近红外发光材料，所述近红外发光材料包含化学式为M
a
A
b
(QO3)
c
:zZ的无机化合物，其中，M元素选自Sc、Y、La、Lu、Gd、Ca、Sr、Ba或Mg元素中的一种或两种；A元素选自Sc、Y、La、Lu或Gd元素中的一种或两种；Q元素选自Ga、Al、B或In元素中的一种或两种；Z元素包括Cr元素；M元素和A元素不同；a、b、c和z满足如下条件：0.8≤a≤3.2，1.8≤b≤3.2，3.5≤c≤4.5，0.0001≤z≤0.5。如专利文献3(中国专利技术专利
CN108795424B)公开了一种近红外荧光材料，化学式为：(R
a
Ln
b
Ce
c
Cr
d
)(L
e
Cr
g
)(M
k
B
m
Cr
n
)O
12
；式中，R为Ca
2+
、Sr
2+
、Ba
2+
中的一种或多种，Ln为Lu
3+
、Y
3+
、La
3+
、Gd
3+
中的一种或多种，L为Hf
4+
和/或Zr
4+
，M为Al
3+
和/或Ga
3+
，B为Si
4+
和/或Ge
4+
；a、b、c、d、e、g、k、m和n均为元素摩尔分数。如专利文献4(中国专利技术专利申请CN110003909A)公开了化学式为MN
0.83
Ga
10.95
‑
x
O
19
:xCr
3+
的近红外荧光材料，其中M为Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或其组合；N为镧系元素中的一种或其组合；0.01≤x≤0.20。如专利文献5(CN108913135A)公开了一种宽谱带发射近红外发光物质，化学式可简写为A3BC3D2O
14
，可以称为Langasite结构。
[0007]作为本领域的共有知识(如，冯文林，郑文琛，刘虹刚，著；晶体场理论及其在材料科学中的应用，西南交通大学出版社，2011年01月，第147
‑
148页)，Cr
3+
掺杂荧光材料的发射光谱形状完全依赖于Cr
3+
所处晶体场的强度。当Cr
3+
处于强晶体场时，Cr
3+
掺杂荧光材料的发射光谱会为锐线窄带，典型的发射光谱半高宽为10nm以下；当Cr
3+
处于中等强度晶体场时，Cr
3+
掺杂荧光材料的发射光谱会为锐线窄带伴随宽带的发射，其中宽带部分发射光谱的半高宽有时会超过100nm；当Cr
3+
处于弱晶体场时，Cr
3+
掺杂荧光材料的发射光谱会为宽带发射，典型的发射光谱半高宽为100nm以上，如专利文献2、专利文献3和专利文献4所涉及近红外荧光材料的发射光谱。
[0008]原理上Cr
3+
的发光受晶体场强度的影响，即晶体场强度是“因”，Cr
3+
的发射光谱展宽是“果”，因决定果，先因后果。但实际上，晶体场强度无法直接确定或测量，我们只能通过Cr
3+
掺杂荧光材料的光谱(形状和主峰位置)来计算晶体场的强度，即实际上我们是通过果来确定因，也就是我们只有通过实际的掺杂并测量激发、发射光谱，才能确定Cr
3+
是处于何种强度的晶体场环境中。
[0009]但极端情况下，我们即便不掺杂Cr
3+
，也能确定晶体场的强度。因为诸如Ce
3+
这样的稀土离子，其发光同样受晶体场强度的影响。如果在同一个基质材料中，同一个晶体学掺杂格位上，Ce
3+
的发光主峰位于红光区，我们可以确定：这个格位上能提供强晶体场。这是因为，Ce
3+
的发射带主峰位置主要取决于主体材料或晶体结构，可在紫外至红色区域间变化，此种依赖可解释为是由晶体场5d能级的分裂所致，随着晶体场强度增加，Ce
3+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽光谱近红外荧光材料，其特征在于，所述超宽光谱近红外荧光材料的化学通式为：(Sr1‑
y
Ba
y
)3Sc4‑
x
Cr
x
O9，其中，0≤y≤1，0<x≤0.25。2.根据权利要求1所述超宽光谱近红外荧光材料，其特征在于：所述超宽光谱近红外荧光材料的化学通式中，y＝0.2～0.8，x＝0.04～0.25，优选的，y＝0.8，x＝0.04；任选的，所述超宽光谱近红外荧光材料的制备方法包括，将Sr前驱体、Ba前驱体、Sc前驱体和Cr前驱体混合，在还原气氛下，进行高温固相反应，得到所述超宽光谱近红外荧光材料，优选的，高温固相反应的温度为1400～1700℃，高温固相反应的时间为4～10h。3.根据权利要求1或2所述超宽光谱近红外荧光材料，其特征在于：在蓝光激发下，所述超宽光谱近红外荧光材料产生发射波长范围介于600～1500nm、发射光谱的主峰介于830～900nm、发射光谱的半高宽大于180nm的近红外光。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述超宽光谱近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：将Sr前驱体、Ba前驱体、Sc前驱体和Cr前驱体混合，在还原气氛下，进行高温固相反应，得到所述超宽光谱近红外荧光材料。5.根据权利要求4所述超宽光谱近红外荧光材料的制备方法，其特征在于：所述Sr前驱体选自Sr的碳酸盐、Sr的氧化物或Sr的硝酸盐中的一种或多种；任选的，所述Ba前驱体选自Ba的碳酸盐、Ba的氧化物或Ba的硝酸盐中的一种或多种；任选的，所述Sc前驱体为Sc2O3；任选的，所述Cr前...

【专利技术属性】
技术研发人员：解荣军，游莉，周天亮，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：