【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深红荧光材料制备，尤其是涉及一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料及其制备与应用。
技术介绍
1、随着科技的发展和应用的拓展，深红荧光材料在多个领域展现出重要的应用价值，如植物照明生长、led照明、显示技术、生物医学等。特别是在植物照明领域，深红光对植物的生长和光合作用具有显著的促进作用。迄今为止，发红光的荧光发光材料主要基于稀土或过渡金属离子激活的发光材料，例如eu2+、eu3+、sm3+、pr3+和mn4+等激活的荧光发光材料。然而，它们的缺点也很明显，如稀土离子原料价格昂贵、氟化物荧光材料合成大多使用到对人体和环境有害的氢氟酸或有毒且加热易分解的氟化铵、稀土离子或过渡金属mn4+离子的深红光发射不明显，限制了它们在植物生长照明中的应用。植物照明生长所需要的深红光范围波长为650-800nm之间，需要深红光的光谱纯度要高，以减少其他光源造成不必要的影响。相比之下，可发射深红光的过渡金属cr3+掺杂的荧光发光材料由于其无毒、便宜且深红光光谱纯度高等性质而有望应用于led中。其中，cr3+掺杂的荧光发光材料，具有较强的红光(600-650nm)或深红光(650-800nm)发射。近几年来，cr3+掺杂的荧光材料在深红光波段应用于植物照明的文献已有报道，mgal2o4：cr3+(opt.mater.,2022.12(8):2942-2953)，srmgal10o17:cr3+(j.lumin.,2024.270:120553)，limgalf6:cr3+(j.lumin.,2023.263:120095)等。
2、2008年报道出在意大利火山口发现了一种新的氟铝硫酸盐矿k2[(alf3)so4]，它是一种天然矿物(can.mineral.,2008.46(3):693-700.)。关于[alo2f4]和[so4]基团合理组合材料中统计并分析了迄今为止已知的氟铝硫酸化合物只有四个例子，即天然矿物a2also4f3(a＝k，nh4)和人工合成的氟铝硫酸化合物li4ma1(so4)2f4(m＝rb，cs)，na2also4f3(inorg.chem.,2024.63(3):1674-1681)。其中，关于k2also4f3的人工合成工艺至今未被报道过。k2also4f3在正交晶系pbcn空间群中结晶，其中晶胞参数α＝β＝γ＝90°。过渡金属离子cr3+离子，其电子构型为3d3，cr3+离子的发射依赖于晶体场环境。氟硫酸盐结合了氟化物和硫酸盐的特性，表现出较好的化学稳定性。
3、因此，利用氟硫酸盐开发更高效、稳定的新型深红荧光材料显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料及其制备与应用。制备的cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料在合成工艺简单，此外，在合成过程中不需要对人类和环境有害的氢氟酸或者是有毒且加热易分解的氟化铵来提供氟源。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料，具有以下化学通式：k2(1-a)a2aal(1-b)bbso4f3:xcr3+，0≤a≤1，0≤b≤0.5，
4、其中，0.1at％≤x≤20at％，a为第一主族元素或一价ag、cu、au中的至少一种，b包括ga、in、ti、sc的三价离子中的一种，发光中心为cr3+。
5、本专利技术还提供一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，包括以下步骤：
6、s1：根据目标产物所需原料的各物质化学计量比称取原料，加入无水乙醇进行研磨使其混合均匀得到前驱体；
7、s2：将前驱体装入氧化铝坩埚，进行预烧结，除去其中的水分，获得预烧结样品；
8、s3：将s2中的预烧结的样品取出，再次研磨，使得混合更加均匀后再次装入氧化铝坩埚中，进行煅烧，以获得目标化合物；
9、s4：将s3中制备的目标化合物在去离子水中超声震荡、离心、烘干、过筛得到所需晶粒的cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料。
10、进一步地，s1中，所述原料包括：含第一主族元素或一价ag、cu、au化合物、含ga、in、ti、sc的三价离子化合物、含钾化合物、含铬化合物、含铝化合物、含硫化合物、含氟化合物中的一种或多种。
11、进一步地，所述含第一主族元素或一价ag、cu、au化合物包括：含第一主族元素或一价ag、cu、au的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、氢氧化物或硫酸盐中的至少一种；
12、所述含ga、in、ti、sc的三价离子化合物包括：含ga、in、ti、sc的三价离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、氢氧化物或氟化物中的至少一种；
13、所述含铬化合物包括氧化铬、硝酸铬、碳酸铬或氟化铬中的至少一种；
14、所述含钾化合物包括碳酸钾、硝酸钾或硫酸钾中的至少一种；
15、所述含铝化合物包括氧化铝、硝酸铝、氢氧化铝或氟化铝中的至少一种；
16、所述含硫化合物包括硫酸、含硫酸盐中的至少一种；
17、所述含氟化合物包括氢氟酸、含氟化物中的至少一种。
18、进一步地，s2中，所述预烧结的温度为300-550℃，预烧结的时间为1-10小时。
19、进一步地，s3中，所述煅烧的温度为600-800℃，煅烧的时间为5-20小时。
20、进一步地，s2和s3中，预烧结和煅烧的升温速率均为4-6℃/min。
21、进一步地，s3中，所述研磨时间为0.5-1小时。
22、进一步地，s4中，所述烘干的温度为50-250℃。
23、本专利技术还提供一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的应用，该材料作为荧光材料应用于植物照明生长、显示技术、生物医学、安全防伪、光电探测与传感领域。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
25、1、本专利技术制备的cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料在合成工艺简单，此外，在合成过程中不需要对人类和环境有害的氢氟酸或者是有毒且加热易分解的氟化铵来提供氟源。
26、2、本专利技术可以通过选择na+离子部分替换k+离子，用价格低廉的na2so4部分替换价格昂贵的k2so4，成本降低，发光强度不降反增，更加适合工业化生产。
27、3、本专利技术选取了不含氢氟酸的氟硫酸盐为发光基质，具有简便的合成工艺、操作简单安全、对设备要求低、原料来源广泛、适合工业化生产。本专利技术所述的深红材料在深红区域呈窄带发射状，发光波段位于650-800nm之间的深红波段，峰值为694nm，这与植物光敏色素pfr的吸收峰波段可以很好地匹配。
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1.一种Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料，其特征在于，具有以下化学通式：K2(1-a)A2aAl(1-b)BbSO4F3:xCr3+，0≤a≤1，0≤b≤0.5，
2.一种如权利要求1所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述原料包括：含第一主族元素或一价Ag、Cu、Au化合物、含Ga、In、TI、Sc的三价离子化合物、含钾化合物、含铬化合物、含铝化合物、含硫化合物、含氟化合物中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，所述含第一主族元素或一价Ag、Cu、Au化合物包括：含第一主族元素或一价Ag、Cu、Au的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、氢氧化物或硫酸盐中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述预烧结的温度为300-550℃，预烧结的时间
6.根据权利要求2所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，S3中，所述煅烧的温度为600-800℃，煅烧的时间为5-20小时。
7.根据权利要求2所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，S2和S3中，预烧结和煅烧的升温速率均为4-6℃/min。
8.根据权利要求2所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，S3中，所述研磨时间为0.5-1小时。
9.根据权利要求2所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，S4中，所述烘干的温度为50-250℃。
10.一种如权利要求1所述的Cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的应用，其特征在于，该材料作为荧光材料应用于植物照明生长、显示技术、生物医学、安全防伪、光电探测与传感领域。
...【技术特征摘要】
1.一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料，其特征在于，具有以下化学通式：k2(1-a)a2aal(1-b)bbso4f3:xcr3+，0≤a≤1，0≤b≤0.5，
2.一种如权利要求1所述的cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述原料包括：含第一主族元素或一价ag、cu、au化合物、含ga、in、ti、sc的三价离子化合物、含钾化合物、含铬化合物、含铝化合物、含硫化合物、含氟化合物中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材料的制备方法，其特征在于，所述含第一主族元素或一价ag、cu、au化合物包括：含第一主族元素或一价ag、cu、au的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、氢氧化物或硫酸盐中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的cr3+掺杂的新型氟硫酸盐基质深红发光材...
【专利技术属性】
技术研发人员：张彦，李满意，王嘉璐，房永征，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：
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