一种铁离子Fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉及其制备方法和植物照明应用

本发明涉及固体发光材料领域，具体涉及一种铁离子fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉及其制备方法和植物照明应用。

背景技术：

1、近红外光(nir)在生物无损探伤,食品无损分析，植物生长照明和夜视等领域有着广泛的应用。随着时代的快速发展和物联网的迅速铺设，近红外发光材料亟需与大量日新月异的便携式设备相匹配，因此对于近红外发光材料的研发和应用成为发光领域的一个热点。近红外磷转换发光二极管(nir pc-led)因其具有小体积，高效率，近红外发射可调等特点成为关注的焦点。

2、目前多以cr3+掺杂荧光粉作为宽带nir发射的首选，因为cr3+对晶体场强和配位环境的影响较为敏感，在八配位的弱晶体场中表现出宽带发射，而且，cr3+掺杂荧光粉与商用蓝光led芯片有着非常契合的吸收匹配性。然而，一方面，cr3+掺杂荧光粉在制备过程中或者恶劣条件使用过程中可能会被氧化为cr4+、cr5+或cr6+，从而增加离子间能量传递等非辐射跃迁形式的能量损耗，最终导致发光效率减弱；另一方面，cr3+掺杂荧光粉的铬毒性也限制了其在生物医疗领域中的使用。

3、与cr3+相比，fe3+同时具备环境友好性和生物兼容性，应用前景更为广阔。但是，因为fe3+对发光环境要求较为苛刻，只有为数不多的基质能够与之适配，导致目前对fe3+在荧光粉中的应用研究比较欠缺。尖晶石和反尖晶石结构较容易形成空位和反位缺陷，可以作为基体材料。有研究报道在具有反尖晶石结构的mgga2o4中掺杂fe3+，获得了近红外长余辉荧光粉。但是，该fe3+掺杂窗口非常小，fe3+浓度淬灭相对容易发生，而且在该结构中掺杂fe3+很难调控发光频谱和半高宽，从而不能满足植物照明用荧光粉需求。因此，现有技术仍有待改进。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铁离子掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉、制备方法及其在植物照明中的应用，旨在解决上述背景技术中提到的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种铁离子fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

4、分别以含有镁离子mg2+的化合物、含有镓离子ga3+的化合物、含有氟离子f-的化合物和含有铁离子fe3+的化合物作为原料，按化学式mg(1+y)ga(2-y)o(4-z)fz：xfe3+中mg、ga、f、fe四种元素的摩尔比称量原料；所述x为掺杂的fe3+的摩尔份数，取0.001≤x≤0.016，所述y为mg2+的摩尔份数，取0.025≤y≤0.15，所述z为掺杂氟离子f-的摩尔份数，取z＝y；

5、将称量得到的原料混合并充分研磨后，进行煅烧，得到煅烧后的产物；

6、将所述煅烧后的产物自然冷却至室温，再次充分研磨均匀后，得到fe3+掺杂的[ga3+-o2-]＝[mg2+-f-]化学单元共取代尖晶石结构的氟镓酸盐近红外荧光粉。

7、作为优选，所述煅烧是在空气气氛下进行的，所述煅烧的温度为900-1500℃，所述煅烧的时间为6-12小时。

8、作为优选，所述含有mg2+的化合物为mgco3、mgo、mg(hco3)2、mg(oh)2中的任意一种或多种组合；含有ga3+的化合物为ga2o3、ga(no3)3、gaf3中的任意一种或多种组合；含有fe3+的化合物为feo、fe2o3、fe3o4中的任意一种或多种组合；含有f-的化合物为nh4f、nh5f2、gaf3、mgf2中的任意一种或多种组合。

9、本发明还提供一种fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为mg(1+y)ga(2-y)o(4-z)fz：xfe3+；其中，0.001≤x≤0.016，0.025≤y≤0.15，z＝y；所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，具有fe3+掺杂的[ga3+-o2-]＝[mg2+-f-]化学单元共取代尖晶石结构。

10、所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的发射峰在707nm～737nm范围内。

11、作为优选，所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为:

12、mg1.15ga1.85o3.85f0.15:0.002fe3+；所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉在温度为423k条件下的发光强度达到其在30℃下发光强度的81％。

13、本发明还提供所述的fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉在植物生长照明上的应用。

14、作为优选，使用紫外光照射化学式为mg1.15ga1.85o3.85f0.15:0.002fe3+的所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，使所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉发光照射生长中的植物。

15、作为优选，所述紫外光的光源为能发出波长365nm紫外光的紫外led芯片；

16、使用紫外光照射化学式为mg1.15ga1.85o3.85f0.15:0.002fe3+的所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的具体方式为：

17、将所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉与有机硅胶混合后点涂在所述紫外led芯片上。

18、本发明得到的产品可应用于植物生长照明，具有以下优异效果：

19、(1)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉具有环境友好性和生物兼容性；

20、(2)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉通过[ga3+-o2-]＝[mg2+-f-]化学单元共取代策略将发射峰调控至726nm，同时发射峰半高宽得到拓宽，使得荧光粉的发射峰与光敏色素pfr吸收带有着良好的重叠；

21、(3)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉为尖晶石结构，该结构中具有四配位和六配位的不同阳离子格位，比较适合fe3+发光调谐；

22、(4)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉可以在423k维持30℃时发光强度的81％，具有优异的热稳定性，满足led器件的使用需求；

23、(5)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉制备所需的原料成本低，制备方法简洁有效。

技术特征：

1.一种铁离子fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，所述煅烧是在空气气氛下进行的，所述煅烧的温度为900-1500℃，所述煅烧的时间为6-12小时。

3.根据权利要求1所述的一种fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，所述含有mg2+的化合物为mgco3、mgo、mg(hco3)2、mg(oh)2中的任意一种或多种组合；含有ga3+的化合物为ga2o3、ga(no3)3、gaf3中的任意一种或多种组合；含有fe3+的化合物为feo、fe2o3、fe3o4中的任意一种或多种组合；含有f-的化合物为nh4f、nh5f2、gaf3、mgf2中的任意一种或多种组合。

4.一种fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为mg(1+y)ga(2-y)o(4-z)fz：xfe3+；其中，0.001≤x≤0.016，0.025≤y≤0.15，z＝y；所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，具有fe3+掺杂的[ga3+-o2-]＝[mg2+-f-]化学单元共取代尖晶石结构。

5.如权利要求4所述的一种fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的发射峰在707nm～737nm范围内。

6.如权利要求5所述的一种fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为:

7.如权利要求4～6中任意一项所述的fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉在植物生长照明上的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，使用紫外光照射化学式为mg1.15ga1.85o3.85f0.15:0.002fe3+的所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，使所述fe3+掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉发光照射生长中的植物。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述紫外光的光源为能发出波长365nm紫外光的紫外led芯片；

技术总结
本发明提供一种铁离子Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉及其制备方法和植物照明应用。所述Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为Mg<subgt;(1+y)</subgt;Ga<subgt;(2‑y)</subgt;O<subgt;(4‑z)</subgt;F<subgt;z</subgt;：xFe<supgt;3+</supgt;；其中，0.001≤x≤0.016，0.025≤y≤0.15，z＝y；所述Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的氟镓酸盐近红外荧光粉，具有Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的[Ga<supgt;3+</supgt;‑O<supgt;2‑</supgt;]＝[Mg<supgt;2+</supgt;‑F<supgt;‑</supgt;]化学单元共取代尖晶石结构。本发明所述的Fe<supgt;3+</supgt;掺杂近红外荧光粉通过煅烧制备得到，产物具有环境友好性和生物兼容性，可以应用于植物生长照明。

技术研发人员：钟家松,叶裕龙,陈芳,强康睿,毛启楠,夏唯浠,张永军
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11