一种宽频带深红光转换材料及其制备方法与流程

本发明光转换材料领域，具体涉及一种过渡金属离子的宽频带深红色光转换材料及其制备方法。

背景技术：

长波长红光(又可称深红光)转换材料在太能电池增效、防伪、LED照明等领域有重要的应用。过渡金属离子是一类很好的光转换中心离子。很多过渡金属离子中的电子都具有d-d跃迁，这种从高能级到低能级跃迁在能量上有可能落在可见光区或近红外区内，为各种转光材料的实现提供了可能。与稀土离子相比，过渡金属离子具有成本低，光谱可调性强，从而十分有利于各种光转换材料的开发。

过渡离子Cr³⁺的电子组态是[Ar]3d³，3d电子在外层，对晶体环境十分敏感。处于八面体配位场Cr³⁺离子通常具有良好的发光性能。掺杂过渡金属Cr³⁺的发光性质已被广泛的研究，无论是固体可调谐激光材料还是近红外长余辉材料，Cr³⁺掺杂的发光与光转换材料都具有独特的优势。但是，传统的基于Cr³⁺离子的发光多为铝酸盐、镓酸盐或锗酸盐。例如，美国专利US2010/0045163A1就公布了Cr³⁺掺杂A₂O₃的红光转换材料。美国专利US2012/0193578A1和2012/0261617A1还分别公布了Cr³⁺掺杂Zn₃Ga₂Ge₄O₁₄和LiGa₅O₈近红外长余辉发光材料。采用铝酸盐为转光材料基质时，合成温度高，产品控制困难。当用镓酸盐或锗酸盐作为基质时，则大大提高了材料成本。

为此，本发明通过寻找合适的基质材料，研发出一种低成本且其合成工艺稳定可控的深红色转光材料。

技术实现要素：

本发明提供一种室温下能在紫外到可见宽波段范围均能激发的宽频带深红光转换材料及其制备方法。本发明的材料激发波长在275nm～700nm范围，转换后发射波长在650nm～850nm范围，发射光谱的峰值波长在726nm，表明该转光材料可将275nm～700nm宽波段范围的照射(激发)光转换为波长在650nm～850nm范围的深红光。

本发明的技术方案为：

一种宽频带深红光转换材料，分子式为Li₂MgTiO₄：xCr，其中0.003≤x≤0.015，最佳浓度为x＝0.008。本发明的深红光转换材料基质为Li₂MgTiO₄，发光中心为Cr³⁺离子。

上述的宽频带深红光转换材料的制备方法，采用高温固相反应法制备，包括如下步骤：

按宽频带深红光转换材料分子式的组成配比，称取Li、Mg、Ti、Cr的氧化物或相应的盐类，充分研磨混合后，在900～1000℃预烧2～4小时，将预烧后的半成品再次研磨，于1200～1350℃煅烧2～3小时，自然冷却，研磨粉碎即得宽频带深红光转换材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的深红光转换材料具有极宽的激发带，激发带从275nm一直延续到700nm，覆盖了紫外到可见光的红光区，表明这类材料可对对275nm到700nm范围的照射(激发)光进行波长转换。

(2)本发明的深红光转换材料在室温下可将照射(激发)光转换为较强的深红色宽带发光，其发射带处于在650nm‐850nm范围，应用范围极广，与各种硅基光电子器件具有很好的光谱匹配特性，可用于LED照明、光电探测、太阳能电池增效及防伪等领域。

(3)本发明的深红光转换材料性能稳定，原料成本低，合成温度低，能耗较小，操作简单。

附图说明

图1为实施例1所制备的Li₂MgTiO₄：0.008Cr光转换材料的XRD图。

图2为实施例1所制备的Li₂MgTiO₄：0.008Cr光转换材料室温下的激发光谱图。

图3为实施例1所制备的Li₂MgTiO₄：0.008Cr光转换材料室温下的发射光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。

实施例1

分子式为Li₂MgTiO₄：0.008Cr的深红光转换材料

称取Li₂CO₃ 3.695g、MgO 2.015g、TiO₂ 3.993g、Cr₂O₃ 0.03g，充分混合研磨20-30分钟，在900℃预烧4小时，然后将其再次研磨20～30分钟，于1350℃煅烧2小时，自然冷却，研磨粉碎即得宽频带深红光转换材料。

图1为该光转换材料的XRD图，显示所制备的材料为立方结构的单一相多晶体。图2为该材料的激发光谱，可以看出该材料可对275nm到700nm范围的光都能进行波长转换。图3为的发射光谱图，表明该材料能将照射(激发)光能转换为波长650nm-850nm范围的深红光。实施例2

分子式为LiMgTiO₄：0.005Cr的深红光转换材料

称取Li₂CO₃ 3.695g、MgCO₃ 4022g、TiO₂ 3.993g、Cr₂O₃ 0.019g，充分混合研磨20-30分钟，在1000℃预烧3小时，然后将其再次研磨20～30分钟，于1300℃煅烧2小时，自然冷却，研磨粉碎即得宽频带深红光转换材料。

实施例3

分子式为Li₂MgTiO₄：0.012Cr的深红光转换材料

称取Li₂CO₃ 3.695g、MgO 2.015g、TiO₂ 3.993g、CrCl₃·6H2O 0.16g，充分混合研磨20-30分钟，在1000℃预烧2小时，然后将其再次研磨20～30分钟，于1250℃煅烧3小时，自然冷却，研磨粉碎即得宽频带深红光转换材料。