【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发光荧光粉，特别涉及一种cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，用作转换led的近红外发光材料，应用于植物照明和夜视成像领域。
技术介绍
1、近红外光具有能量低、穿透能力强等优点，使得近红外光谱技术集检测速度快、无损、实时等特点于一身，受到了越来越多的关注，在检测分析、生物成像、夜视照明、现代农业、机器视觉等领域具有巨大的应用前景。市场上常用的近红外光源主要包括白炽灯、卤素灯、荧光灯、短波红外激光器和红外发光二极管，它们都存在固有缺陷。白炽灯和卤素灯体积大、能耗高、效率低、使用寿命短；荧光灯效率低、含有重金属元素、易闪烁；短波红外激光器发散角小、功耗高、成本相对较高；红外发光二极管发射带较窄、热稳定性差、生产设备成本高，不能广泛应用于近红外光谱
2、随着白光led技术的快速发展和广泛应用，通过借鉴已发展成熟的荧光粉转换白光led技术，将商用高功率蓝光led芯片与近红外发光材料相结合的荧光粉转换型发光器件正逐渐成为新一代固态近红外光源的理想选择。因此，开发能够被蓝光led有效激发并将其转换为近红外光的荧光粉对于开发成本低、发光效率高的新型荧光粉转换近红外led至关重要。
3、cr3+的最外层电子构型为3d3，4t2g→4a2g跃迁的能量受到cr3+所在八面体晶体场强度的影响，弱八面体场中易产生宽带近红外发射。石榴石结构材料具有刚性结构，易通过离子取代的组分设计实现对发光中心离子晶体场环境的调控，进而实现光谱调控。cr3+单掺杂及cr3+/mn2+共掺杂的ca3al2ge3o12近红外荧光粉已
4、本专利公开了一种新型cr3+掺杂宽带近红外荧光粉，其具有发射谱带宽、发射波长可调、发光效率高、热稳定性好等优点，有望用于植物工厂照明led及夜视照明等应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种能够被蓝光有效激发的cr3+掺杂的新型石榴石结构宽带近红外荧光粉及其制备方法，本专利技术通过在石榴石结构中十二面体和四面体进行化学共取代，调节了八面体的晶体场强度，降低了其对称性，从而调整了cr3+的发光性质。该荧光粉能够被蓝光有效激发，发光效率高，谱带范围宽。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其化学通式为a13-ya2yb2-xc1yc23-yo12:xcr3+，(0＜y＜3，0＜x≤0.14)，其中a1＝ca、mg、ba、cd、sr、zn；a2＝y、gd、la、in；b＝c1＝al、ga、sc、lu；c2＝ge、si、ti、hf、zr。以ca2y1al1.95al1ge2o12:0.05cr3+为例，其激发峰在450nm，发射峰在780nm，半高全宽(fwhm)为149nm，具有高内外量子效率，内量子效率(iqe)和外量子效率(eqe)分别为84.4％和45.9％，在300k下的积分发光强度与423k下的积分发光强度比i423k/i300k＝80.38％，具有高热稳定性，光电转换效率最高为15.8％。
4、优选的，所述化学通式中，b和c1是同种元素，分别占据八面体位点和四面体位点，且b和c1的离子半径大于c2；a1和a2占据十二面体位点，且离子半径大于b和c1。
5、本专利技术还提供了一种cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉的制备方法，采用高温固相烧结法制备，具体步骤如下：
6、(a)依据荧光粉的分子式将原料按化学计量比称取a1、a2、b、c1、c2对应的氧化物或碳酸盐进行充分混合，加入一定量的助熔剂，研磨均匀；
7、(b)将步骤(a)中所得混合料装入刚玉坩埚或石墨坩埚移入管式炉在一定温度下烧结并保温一段时间，随后冷却至室温；
8、(c)将步骤(b)得到的烧结产物经过充分研磨，即得到一种新型的cr3+掺杂石榴石结构的宽带近红外荧光粉。
9、优选地，步骤(a)中，所述助熔剂为b2o3、li2co3、caf2、p2o5、lif、nh4f、k2co3中的一种或多种；其加入的含量为荧光粉合成原料总质量的1～7wt％。
10、优选的，步骤(b)中，所述烧结次数为一次或多次。
11、优选的，步骤(b)中，升温速率为3～10℃/min，焙烧温度700℃～1600℃，单次焙烧时间为3～8h。
12、本专利技术进一步提供了一种cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉的应用，所述cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉应用于近红外led光源中，在450nm光激发下具有宽带近红外发光，其发射光谱在650～1150nm之间，半峰宽为95～153nm，内量子效率最高为84.4％，423k温度下荧光粉的发光强度保持室温的80.4％，可广泛应用于植物照明和夜视成像等领域。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
14、(1)本专利技术涉及的荧光粉具有较大的组成选择和调整余地，热稳定性好。
15、(2)本专利技术涉及的荧光粉的激发光波长范围比较宽，在450nm左右有最强的激发峰，因此非常适合蓝光led激发。
16、(3)本专利技术涉及的荧光粉的制备方法可行，生产流程简单，便于规模化生产。
17、(4)本专利技术涉及的led光源可实现一个宽带(半峰宽为95～153nm)、高效(内量子效率可达84.4％)、高热稳定性(423k温度下荧光粉的发光强度保持室温发光强度的84.4％)的近红外发射。
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1.一种Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学通式为A13-yA2yB2-xC1yC23-y O12:xCr3+，(0＜y＜3，0＜x≤0.14)，其中A1＝Ca、Mg、Ba、Cd、Sr、Zn；A2＝Y、Gd、La、In；B＝C1＝Al、Ga、Sc、Lu；C2＝Ge、Si、Ti、Hf、Zr。
2.如权利要求1所述的Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其特征在于，所述化学通式中，B和C1是同种元素，分别占据八面体位点和四面体位点，且B和C1的离子半径大于C2；A1和A2占据十二面体位点，且离子半径大于B和C1。
3.如权利要求2所述的Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学表达式为Ca2Y1Al1.95Al1Ge2O12:0.05Cr3+，激发峰为450nm，发射峰为780nm，半高全宽为149nm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉的制备方法，采用高温固相烧结法制备，其特征在于，具体步骤如下：
5.如权利要求4所述的Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉的制备方法，其特
6.如权利要求5所述的Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，升温速率为3～10℃/min，焙烧温度700℃～1600℃，单次焙烧时间为3～8h。
7.一种如权利要求1-3任一项所述的Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉在近红外LED光源中的应用，其特征在于，所述Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉应用于近红外LED光源中，激发峰为450nm，发射光谱为650～1150nm，半峰宽为95～153nm。
...【技术特征摘要】
1.一种cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学通式为a13-ya2yb2-xc1yc23-y o12:xcr3+，(0＜y＜3，0＜x≤0.14)，其中a1＝ca、mg、ba、cd、sr、zn；a2＝y、gd、la、in；b＝c1＝al、ga、sc、lu；c2＝ge、si、ti、hf、zr。
2.如权利要求1所述的cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其特征在于，所述化学通式中，b和c1是同种元素，分别占据八面体位点和四面体位点，且b和c1的离子半径大于c2；a1和a2占据十二面体位点，且离子半径大于b和c1。
3.如权利要求2所述的cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学表达式为ca2y1al1.95al1ge2o12:0.05cr3+，激发峰为450nm，发射峰为780n...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽丽，张旺，李鹏，黄树来，魏伟，刘鑫瓒，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：
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