一种近红外荧光粉和制备方法以及使用其的近红外光源技术

本发明专利技术公开了一种近红外荧光粉和制备方法以及使用其的近红外光源，该近红外荧光粉的化学通式为(Gd3‑

【技术实现步骤摘要】
一种近红外荧光粉和制备方法以及使用其的近红外光源


[0001]本专利技术属于近红外发光材料领域，具体涉及一种近红外荧光粉和制备方法以及使用其的近红外光源。

技术介绍

[0002]宽带近红外(NIR)光源广泛用于无损食品测量、无创医疗诊断、生物医学成像、光通信和夜视技术。与目前的商用光源(如钨卤素灯)相比，由蓝色二极管和近红外荧光粉组成的近红外发光二极管(pc
‑
LEDs)具有体积小、使用寿命长、效率高和可低成本大规模生产的优势。
[0003]目前，可用于pc
‑
LEDs的荧光粉离子主要有：Tm
3+
，Yb
3+
，Er
3+
，Ho
3+
等稀土离子(即Ln
3+
)。然而，这类稀土离子掺杂的近红外荧光粉的发射光谱呈窄带发射，难以满足近红外光源的应用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供一种近红外荧光粉和制备方法以及使用其的近红外光源，本专利技术的近红外荧光粉采用数据驱动的机器学习方法设计并成功制备，该发光材料为石榴石结构，通过结构中E、A、B、M元素对Cr
3+
离子晶体场环境的调节，实现了长波宽带发射；该近红外荧光粉的制备方法为高温固相法，制备方法简单，设备成本低且绿色无污染，适合规模化生产；该荧光粉化学性能稳定，能够被蓝光和红光LED芯片有效激发。
[0005]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供如下技术方案：
[0006]一种近红外荧光粉，所述近红外荧光粉的化学通式为(Gd3‑
x
Yb
x
){E2‑
y
‑
z
A
y
Cr
z
}[B3‑
y
M
y
]O
12
，其中，E为Sc和/或Al元素，A为Ca和/或Mg元素，B为Ga和/或Al元素，M为Si和/或Ge元素；x、y、z为元素的摩尔分数，其中0≤x≤0.1，0＜y＜2，0＜z≤0.1。
[0007]作为本专利技术的一个实施例，所述近红外荧光粉的形态为单晶、粉晶、玻璃和陶瓷中的一种或多种。
[0008]本专利技术第二方面提供一种制备本专利技术第一方面所述的近红外荧光粉的方法，所述方法包括：
[0009]S1：按照化学式(Gd3‑
x
Yb
x
){E2‑
y
‑
z
A
y
Cr
z
}[B3‑
y
M
y
]O
12
中的化学计量比，分别称量含有Gd元素、Yb元素、E元素、A元素、Cr元素、B元素、M元素的化合物原料；
[0010]S2：将所述化合物原料与助溶剂混合，在玛瑙研钵中研磨15～45min，得到原料混合物；
[0011]S3：将混合均匀的所述原料混合物转移到刚玉坩埚中，在1300～1600℃的还原气氛下煅烧3～10h，随炉冷却后，经破碎、研磨、洗涤之后，得到所述近红外荧光粉。
[0012]作为本专利技术的一个实施例，步骤S1中，所述化合物原料选自氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐和卤化物中的一种或多种。
[0013]作为本专利技术的一个实施例，步骤S2中，所述助溶剂选自H3BO3、NaF、BaF2、LiCO3、NH4F
和CaF2中的一种或多种。
[0014]作为本专利技术的一个实施例，步骤S2中，所述助溶剂的添加量为所述化合物原料质量之和的1～6％。
[0015]作为本专利技术的一个实施例，步骤S3中，所述还原气氛为CO气氛或N2/H2混合气氛。
[0016]本专利技术第三方面提供一种近红外光源，所述近红外光源含有本专利技术第一方面所述的近红外荧光粉或者采用本专利技术第二方面所述的方法制备的近红外荧光粉。
[0017]作为本专利技术的一个实施例，所述近红外光源还含有LED芯片，所述LED芯片的发光波长为400～500nm的近紫外光LED芯片或蓝光LED芯片，或者600～700nm的红光芯片。
[0018]作为本专利技术的一个实施例，所述LED芯片为InGaN或GaN半导体芯片。
[0019]本专利技术提供的上述技术方案至少带来的有益效果：
[0020]1)本专利技术提供的近红外荧光粉，通过结构中E、A、B、M元素对Cr
3+
离子晶体场环境的调节，实现长波宽带发射，发射峰范围为700～1100nm，峰值波长可达820nm左右，半峰宽可达180nm；
[0021]2)本专利技术提供的近红外荧光粉，通过共掺杂Cr
3+
/Yb
3+
，可实现覆盖更长波长的连续宽带发射，半峰宽可达300nm；
[0022]3)本专利技术提供的近红外荧光粉，实现了具有宽带发射的近红外光源，弥补了目前近红外LED光源发射带宽窄的问题；
[0023]4)本专利技术采用高温固相法，制备方法简单，绿色无污染，适合规模化生产。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1和实施例2所制备的近红外荧光粉的XRD与标准卡片的对比图；
[0025]图2为本专利技术实施例1所制备的近红外荧光粉的激发光谱图；
[0026]图3为本专利技术实施例1所制备的近红外荧光粉的发射光谱图；
[0027]图4为本专利技术实施例1所制备的近红外荧光粉的封装LED电致发光光谱图；
[0028]图5为本专利技术实施例2所制备的近红外荧光粉的发射光谱图；
[0029]图6为本专利技术实施例2所制备的近红外荧光粉的封装LED电致发光光谱图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0031]实施例1
[0032]一种Cr
3+
掺杂的宽带近红外荧光粉，其化学式为Gd3Sc
0.96
MgCr
0.04
Ga2SiO
12
。制备方法如下：按照化学计量比分别称取氧化钆(99.99％)、氧化钪(99.99％)、氧化镁(99.9％)、二氧化硅(99.99％)、氧化镓(99.99％)、三氧化二铬(99.95％)，称取上述原料4％质量和的H3BO3作为助溶剂，与上述称量好的原料一同放入玛瑙研钵中研磨30min混合均匀，将均匀混合的原料转移到刚玉坩埚中，并将坩埚放入管式气氛炉中，将管式气氛炉中持续通入5％H2/95％N2还原气氛，并以5℃/min的速度升温至1400℃，恒温煅烧6h，然后随炉冷却至室温，取出研磨成均匀的粉末，该粉末即为所需的荧光粉。将所制备的近红外荧光粉与环氧树脂
胶混合均匀后，涂覆在发光峰值波长为460nm的GaN半导体芯片上，焊接好电路，封装，得到本专利技术的近红外LED发光光源。
[0033]图1中A1曲线为实施例1所制备材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外荧光粉，其特征在于，所述近红外荧光粉的化学通式为(Gd3‑
x
Yb
x
){E2‑
y
‑
z
A
y
Cr
z
}[B3‑
y
M
y
]O
12
，其中，E为Sc和/或Al元素，A为Ca和/或Mg元素，B为Ga和/或Al元素，M为Si和/或Ge元素；x、y、z为元素的摩尔分数，其中0≤x≤0.1，0＜y＜2，0＜z≤0.1。2.根据权利要求1所述的近红外荧光粉，其特征在于，所述近红外荧光粉的形态为单晶、粉晶、玻璃和陶瓷中的一种或多种。3.一种制备权利要求1～2中任意一项所述的近红外荧光粉的方法，其特征在于，所述方法包括：S1：按照化学式(Gd3‑
x
Yb
x
){E2‑
y
‑
z
A
y
Cr
z
}[B3‑
y
M
y
]O
12
中的化学计量比，分别称量含有Gd元素、Yb元素、E元素、A元素、Cr元素、B元素、...

【专利技术属性】
技术研发人员：宿彦京，蒋立朋，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：