一种荧光粉及其制备方法和应用

1.本发明属于近红外光源材料技术领域，具体涉及一种荧光粉及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近红外光指波长在700nm至2500nm范围内的电磁波。近红外光在人脸识别、机器视觉、安保、防伪、智能控制、食品检测等领域展现出了广阔的应用前景。近年来，如何把近红外光源集成到手机等便携设备，从而便于对食品和身体进行随时检测，成为了学术界和工业界的研究热点。
3.目前的红外光源主要有卤钨灯，其发射光谱很宽，覆盖可见光和近红外光。但卤钨灯体积较大，很难集成到手机等小型设备中。此外，目前传统光源卤钨灯的光谱有相当大的一部分落在可见光区域，对于红外应用无实质贡献，所以卤钨灯的功耗过大。
4.led有功耗低、响应快、寿命长、体积小等优点。近红外led发展较快，已有大量产品在市面上存在，以850nm窄带led和940nm窄带led两种为主。850nm和940nm等波长的近红外led拥有较高的电光转换效率和极为集中的光谱分布，但led发光光谱相对较窄(《50nm),需采取多芯片集合的方案来拓宽发光光谱，由于每一个芯片都需要独立的供电电路，成本高且稳定性差。因此，为了解决led发光光谱窄的问题，仍需开发一种能够发射较宽的近红外光的材料。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种荧光粉，该荧光粉能够发射较宽的近红外光，可以有效被近紫外光激发。
6.本发明还提供了一种荧光粉的制备方法。
7.本发明还提供了一种荧光粉的应用。
8.本发明的第一方面提供了一种荧光粉，学式为ca2sn
2-x
al
2-x
si
x
o9:xcr
3+
，其中，x为cr
3+
掺杂和si
4+
掺杂的摩尔量，0.00≤x≤0.02。
9.本发明关于荧光粉的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
10.本发明的荧光粉，可有效被近紫外光激发，适用于近紫外光芯片。
11.本发明的荧光粉，能够发射较宽的近红外光，可用于防伪、红外夜视、食品检测和生物活体成像等应用。
12.本发明的荧光粉，还具有较高的相对灵敏度(sr≥1％
·
k-1
)的优点，在生物测温方面(25℃～50℃)和温度传感材料方面具有潜在的应用前景。
13.根据本发明的一些实施方式，0.00《x≤0.018。
14.根据本发明的一些实施方式，0.00《x≤0.012。
15.根据本发明的一些实施方式，0.00《x≤0.01。
16.根据本发明的一些实施方式，所述荧光粉的粒径为0.1μm～10μm。
17.本发明的第二方面提供了一种制备所述的荧光粉的方法，包括以下步骤：
18.s1：按ca2sn
2-x
al
2-x
si
x
o9:xcr
3+
中的化学计量比，将含ca
2+
的化合物、含sn
4+
的化合物、含al
3+
的化合物、含si
4+
的化合物、含cr
3+
的化合物在溶剂中混匀后干燥，得到前体；
19.s2：烧结所述前体，得到所述荧光粉。
20.本发明关于荧光粉的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
21.本发明荧光粉的制备方法，先按ca2sn
2-x
al
2-x
si
x
o9:xcr
3+
中的化学计量比，将含ca
2+
的化合物、含sn
4+
的化合物、含al
3+
的化合物、含si
4+
的化合物、含cr
3+
的化合物在溶剂中混匀后干燥，得到前体，之后烧结所述前体，得到所述荧光粉。制备方法简单，无需昂贵的设备和复杂的工艺控制，制备条件不苛刻，适合大规模工业化生产。
22.根据本发明的一些实施方式，所述含ca
2+
的化合物包括caco3。
23.根据本发明的一些实施方式，所述含sn
4+
的化合物包括sno2。
24.根据本发明的一些实施方式，所述含al
3+
的化合物包括al2o3。
25.根据本发明的一些实施方式，所述含si
4+
的化合物包括sio2。
26.根据本发明的一些实施方式，所述含cr
3+
的化合物包括cr2o3。
27.步骤s1中，将含ca
2+
的化合物、含sn
4+
的化合物、含al
3+
的化合物、含si
4+
的化合物、含cr
3+
的化合物在溶剂中混匀后进行研磨。
28.步骤s1中，溶剂包括无水乙醇。
29.根据本发明的一些实施方式，所述研磨的时间为30min～60min。
30.步骤s1中，研磨后，对混合物进行干燥。
31.根据本发明的一些实施方式，所述干燥的温度为50℃～80℃。
32.根据本发明的一些实施方式，所述干燥的时间为0.5h～1h。
33.根据本发明的一些实施方式，所述烧结的温度为1400℃～1600℃。
34.根据本发明的一些实施方式，所述烧结的温度为1500℃～1600℃。
35.根据本发明的一些实施方式，所述烧结的温度为1550℃～1600℃。
36.根据本发明的一些实施方式，所述烧结的时间为3h～6h。
37.根据本发明的一些实施方式，所述烧结的时间为4h～6h。
38.本发明的第三方面提供了所述的荧光粉在近红外光检测中的应用。
39.本发明关于荧光粉在近红外光检测中的应用中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
40.由于本发明的荧光粉，能够发射较宽的近红外光，由此，特别适用于近红外光检测，如防伪、红外夜视、食品检测和生物活体成像等应用中。
41.本发明的第四方面提供了一种led灯，包括所述的荧光粉。
42.本发明关于led灯中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
43.近红外led以850nm窄带led和940nm窄带led两种为主。850nm和940nm等波长的近红外led拥有较高的电光转换效率和极为集中的光谱分布，但led发光光谱相对较窄(《50nm)，需采取多芯片集合的方案来拓宽发光光谱，由于每一个芯片都需要独立的供电电路，成本高且稳定性差。本发明的led灯，由于使用了本发明的荧光粉，该荧光粉能够发射较宽的近红外光，由此，解决了每一个芯片都需要独立的供电电路，成本高且稳定性差的问题。
附图说明
44.图1是实施例1至7制备的荧光粉的x射线粉末衍射测试结果。
45.图2为cr
3+
掺杂宽带发射红外荧光粉的激发光谱图。
46.图3为近紫外光激发下cr
3+
掺杂宽带发射红外荧光粉的发射光谱。
47.图4为cr
3+
掺杂宽带发射红外荧光粉的热猝灭积分强度图。
具体实施方式
48.以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
49.在本发明的一些实施例中，本发明提供了一种荧光粉，化学式为ca2sn
2-x
al
2-x
si
x
o9:xcr
3+
，其中，x为cr
3+
掺杂和si
4+
掺杂的摩尔量，0.00≤x≤0.02。
50.可以理解，本发明的荧光粉，可有效被近紫外光激发，适用于近紫外光芯片。
51.还可以理解，本发明的荧光粉，能够发射较宽的近红外光，可用于防伪、红外夜视、食品检测和生物活体成像等应用。
52.还可以理解，本发明的荧光粉，还具有较高的相对灵敏度(sr≥1％
·
k-1
)的优点，在生物测温方面(25℃～50℃)和温度传感材料方面具有潜在的应用前景。
53.在本发明的一些实施例中，0.00《x≤0.018。
54.在本发明的一些实施例中，0.00《x≤0.012。
55.在本发明的一些实施例中，0.00《x≤0.01。
56.在本发明的一些实施例中，荧光粉的粒径为0.1μm～10μm。
57.在本发明的一些实施例中，本发明提供了一种制备荧光粉的方法，包括以下步骤：
58.s1：按ca2sn
2-x
al
2-x
si
x
o9:xcr
3+
中的化学计量比，将含ca
2+
的化合物、含sn
4+
的化合物、含al
3+
的化合物、含si
4+
的化合物、含cr
3+
的化合物在溶剂中混匀后干燥，得到前体；
59.s2：烧结前体，得到荧光粉。
60.可以理解，本发明荧光粉的制备方法，先按ca2sn
2-x
al
2-x
si
x
o9:xcr
3+
中的化学计量比，将含ca
2+
的化合物、含sn
4+
的化合物、含al
3+
的化合物、含si
4+
的化合物、含cr
3+
的化合物在溶剂中混匀后干燥，得到前体，之后烧结前体，得到荧光粉。制备方法简单，无需昂贵的设备和复杂的工艺控制，制备条件不苛刻，适合大规模工业化生产。
61.在本发明的一些实施例中，含ca
2+
的化合物包括caco3。
62.在本发明的一些实施例中，含sn
4+
的化合物包括sno2。
63.在本发明的一些实施例中，含al
3+
的化合物包括al2o3。
64.在本发明的一些实施例中，含si
4+
的化合物包括sio2。
65.在本发明的一些实施例中，含cr
3+
的化合物包括cr2o3。
66.具体而言，步骤s1中，将含ca
2+
的化合物、含sn
4+
的化合物、含al
3+
的化合物、含si
4+
的化合物、含cr
3+
的化合物在溶剂中混匀后进行研磨。
67.进一步的，步骤s1中，溶剂包括无水乙醇。
68.在本发明的一些实施例中，研磨的时间为30min～60min。
69.进一步的，步骤s1中，研磨后，对混合物进行干燥。
70.在本发明的一些实施例中，干燥的温度为50℃～80℃。
71.在本发明的一些实施例中，干燥的时间为0.5h～1h。
72.在本发明的一些实施例中，烧结的温度为1400℃～1600℃。
73.在本发明的一些实施例中，烧结的温度为1500℃～1600℃。
74.在本发明的一些实施例中，烧结的温度为1550℃～1600℃。
75.在本发明的一些实施例中，烧结的时间为3h～6h。
76.在本发明的一些实施例中，烧结的时间为4h～6h。
77.在本发明的一些实施例中，本发明提供了荧光粉在近红外光检测中的应用。
78.可以理解，由于本发明的荧光粉，能够发射较宽的近红外光，由此，特别适用于近红外光检测，如防伪、红外夜视、食品检测和生物活体成像等应用中。
79.在本发明的一些实施例中，本发明提供了一种led灯，包括荧光粉。
80.可以理解，近红外led以850nm窄带led和940nm窄带led两种为主。850nm和940nm等波长的近红外led拥有较高的电光转换效率和极为集中的光谱分布，但led发光光谱相对较窄(《50nm)，需采取多芯片集合的方案来拓宽发光光谱，由于每一个芯片都需要独立的供电电路，成本高且稳定性差。本发明的led灯，由于使用了本发明的荧光粉，该荧光粉能够发射较宽的近红外光，由此，解决了每一个芯片都需要独立的供电电路，成本高且稳定性差的问题。
81.下面再结合具体的实施例来更好的理解本发明的技术方案。
82.实施例1
83.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.998
al
1.998
si
0.002
o9:0.002cr
3+
。
84.具体的制备方法为：
85.(1)按化学式ca2sn
1.998
al2si
0.002
o9:0.002cr
3+
中的化学计量，称量0.4004gcaco3、0.6323gsno2、0.1935gal2o3,0.0002gsio2和0.0003gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
86.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
87.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
88.实施例2
89.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.996
al
1.996
si
0.004
o9:0.004cr
3+
。
90.具体的制备方法为：
91.(1)按化学式ca2sn
1.996
al
1.996
si
0.004
o9:0.004cr
3+
中的化学计量，称量0.4004gcaco3、0.6317gsno2、0.1933gal2o3,0.0005gsio2和0.0006gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
92.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
93.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
94.实施例3
95.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.992
al
1.992
si
0.008
o9:0.008cr
3+
。
96.具体的制备方法为：
97.(1)按化学式ca2sn
1.992
al
1.992
si
0.008
o9:0.008cr
3+
中的化学计量，称量
0.4004gcaco3、0.6305gsno2、0.1929gal2o3,0.0010gsio2和0.0012gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
98.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
99.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
100.实施例4
101.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.99
al
1.99
si
0.01
o9:0.01cr
3+
。
102.具体的制备方法为：
103.(1)按化学式ca2sn
1.99
al
1.99
si
0.01
o9:0.01cr
3+
中的化学计量，称量0.4004gcaco3、0.6298gsno2、0.1928gal2o3,0.0012gsio2和0.0015gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
104.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
105.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
106.实施例5
107.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.988
al
1.988
si
0.012
o9:0.012cr
3+
。
108.具体的制备方法为：
109.(1)按化学式ca2sn
1.988
al
1.988
si
0.012
o9:0.012cr
3+
中的化学计量，称量0.4004gcaco3、0.6292gsno2、0.1925gal2o3,0.0014gsio2和0.0018gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
110.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
111.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
112.实施例6
113.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.982
al
1.982
si
0.018
o9:0.018cr
3+
。
114.具体的制备方法为：
115.(1)按化学式ca2sn
1.982
al
1.982
si
0.018
o9:0.018cr
3+
中的化学计量，称量0.4004gcaco3、0.6273gsno2、0.1920gal2o3,0.0022gsio2和0.0027gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
116.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
117.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
118.实施例7
119.本实施例制备了一种荧光粉，化学式为ca2sn
1.98
al
1.98
si
0.02
o9:0.02cr
3+
。
120.具体的制备方法为：
121.(1)按化学式ca2sn
1.98
al
1.98
si
0.02
o9:0.02cr
3+
中的化学计量，称量0.4004gcaco3、0.6267gsno2、0.1918gal2o3,0.0024gsio2和0.0030gcr2o3置于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨30分钟，得到前体；
122.(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
123.(3)干燥粉末置于马弗炉空气炉中并在1550℃烧结4小时，取出研磨，得到最终的宽带发射红外荧光粉。
124.测试例
125.通过x射线粉末衍射测试了实施例1至7制备的荧光粉，如图1所示。通过与标准卡片对比，实施例1至7制备的荧光粉均为纯相，没有观察到杂质，由此，实施例1至7制备的荧光粉的光学性能不会受到其他物质影响，从而提高了光学性能。
126.图2为cr
3+
掺杂宽带发射红外荧光粉的激发光谱图，可以看出，该图谱属于典型的cr
3+
激发，说明该荧光粉的发射来自cr
3+
，没有其他的发光中心。
127.图3为近紫外光(405nm)激发下cr
3+
掺杂宽带发射红外荧光粉的发射光谱，可以看出是cr
3+
近红外的宽谱发射，说明cr
3+
在一个较弱的晶体场中，可以减少2e
→4a2的尖峰发射，让4t2→4a2的宽峰发射占主导地位。
128.图4为cr
3+
掺杂宽带发射红外荧光粉的热猝灭积分强度图，从图4可以看出荧光粉的热猝灭行为，在升温过程中，该荧光粉发光强度的衰减情况，在150℃的工作温度下可以保持常温情况下的75.9％的发光强度，对于led器件的日常使用情况有一定的适用性。
129.上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。