一种Fe3+掺杂的近红外发光材料、其制备方法及应用

本发明属于无机发光材料领域，具体涉及一种fe3+掺杂的近红外发光材料、其制备方法及应用。

背景技术：

1、近红外光源具有快速、方便、低背景噪声、大穿透深度和无创伤分析等优点，在现代农业、安全监测、食品加工、生物医疗、国防军工等领域有着广泛的应用。传统的近红外光源有卤钨灯和半导体红外led，然而前者存在功耗高、灯泡温度高、光谱不稳定、效率低且体型较大的缺点，后者仅产生波段窄的近红外发射，无法满足宽带发射的应用需求，因此在设计小型光谱分析模块和许多其它实际应用方面都受到限制。而新型的近红外荧光转换发光二极管(pc-led)因具有光谱可调、体积小、效率高等优点，已然成为一种很有前途的固态近红外光源。而pc-led的光谱性能(包括光谱强度、热稳定性)主要依赖于近红外荧光粉(即近红外发光材料)的光谱性能。因此，发展高效和宽带发射的近红外(nir)发光材料具有重要的实际意义。

2、有研究报道，将稀土离子掺杂到无机基质中来制备近红外发光材料，但由于稀土离子的f-f跃迁，大多数稀土离子具有相对狭窄的激发和发射光谱，仍无法满足某些红外设备的应用需求。目前，常用的近红外发光材料通常掺杂三价铬离子，并以其作为发光中心，通常可以在650～1200nm范围内提供宽带发射光谱，但由于铬离子有毒、价格较高，且热稳定性较差，在应用中受到了限制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种fe3+掺杂的近红外发光材料、其制备方法及应用。所述近红外发光材料不含毒性物质，化学稳定性好，成本低，同时具有高发光效率和宽带发射的特点。

2、为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种fe3+掺杂的近红外发光材料，其通式如式i所示：

4、a2m1-xsbo6:xfe3+式i；

5、其中，元素a选自ca、sr或ba中的任意一种或多种；

6、元素m选自sc、y、la、gd、lu、in、al或ga中的任意一种或多种；

7、0＜x≤0.05。

8、优选地，0.01＜x≤0.05。

9、优选地，所述近红外发光材料的晶体结构为双钙钛矿结构。

10、优选地，0.01＜x≤0.05。

11、所述近红外发光材料的化学式选自sr2sc0.999sbo6:0.1％fe3+、ca2sc0.999sbo6:0.1％fe3+、sr2sc0.995sbo6:0.5％fe3+、ca2sc0.995sbo6:0.5％fe3+、sr2sc0.99sbo6:1％fe3+、ca1.8sr0.1ba0.1y0.1sc0.89sbo6:1％fe3+、casrsc0.99sbo6:1％fe3+、casr0.5ba0.5sc0.99sbo6:1％fe3+、sr2y0.999sbo6:0.1％fe3+、sr2y0.995sbo6:0.5％fe3+、sr2sc0.1y0.89sbo6:1％fe3+、ba2sc0.99sbo6:1％fe3+、ba2sc0.89y0.1sbo6:1％fe3+、sr2la0.99sbo6:1％fe3+、sr2sc0.89la0.1sbo6:1％fe3+、sr2gd0.99sbo6:1％fe3+ 、 sr1.8ba0.2sc0.8gd0.19sbo6:1％fe3+ 、sr2sc0.5y0.39lu0.1sbo6:1％fe3+ 、 sr2sc0.89lu0.1sbo6:1％fe3+ 、sr2sc0.89lu0.1sbo6:1％fe3+ 、 sr2sc0.89al0.1sbo6:1％fe3+ 、ca0.5sr1.5sc0.89al0.1sbo6:1％fe3+或ca0.5sr1.5sc0.79ga0.1al0.1sbo6:1％fe3+。

12、第二方面，本发明提供一种上述近红外发光材料的制备方法，包括以下步骤：

13、按a2m1-xsbo6:xfe3+的化学计量比，将含a元素的化合物、含m元素的化合物、含sb化合物以及含fe化合物混合，得到混合物料后，将其进行煅烧处理，得到近红外发光材料。

14、优选地，所述煅烧处理的温度为1300～1600℃，时间为1～2h。

15、优选地，所述煅烧处理的升温速率为1～10℃/min。

16、优选地，所述含a元素的化合物选自含a元素的氧化物、含a元素的氢氧化物、含a元素的卤化物或含a元素的碳酸盐中的任意一种或多种。

17、优选地，所述含m元素的化合物选自含m元素的氧化物、含m元素的氢氧化物、含m元素的卤化物或含m元素的含氧酸盐中的任意一种或多种。

18、优选地，所述含sb化合物选自含sb氧化物、含sb卤化物或含sb氢氧化物中的任意一种或多种。

19、优选地，所述含fe化合物选自含fe氧化物、含fe氯化物、含fe氢氧化物或含fe碳酸盐中的任意一种或多种。

20、第三方面，本发明提供一种上述技术方案中涉及的近红外发光材料在医疗成像、夜视、食品分析以及太阳能电池领域中的应用。

21、第四方面，本发明提供一种近红外荧光转换型发光二极管，包括芯片以及封装所述近红外荧光转换型发光二极管的荧光粉；

22、所述荧光粉为上述技术方案中涉及的近红外发光材料。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明提供了一种fe3+掺杂的近红外发光材料，所述近红外发光材料以fe3+作为激活离子，以锑酸盐a2m1-xsbo6(0＜x≤0.05)作为基质材料，其中，fe3+通过替代基质材料中部分元素m的位置，同时控制fe3+与元素m的比例，使得该材料在200～420nm波长范围内的光源激发下能够在近红外范围有发射强度较强且发射峰较宽的发射，发射峰值约在750～1200nm。在本发明中，所述近红外发光材料具有高的光转换效率和较宽的吸收，且热稳定性高、化学性质稳定，使用fe3+作为激活离子无毒无害且便宜，是一种性能优良和制备方法简单的无机发光材料，可以广泛应用于医疗成像、夜视、食品分析、太阳能电池等领域。

技术特征：

1.一种fe3+掺杂的近红外发光材料，其特征在于，其通式如式ⅰ所示：

2.根据权利要求1所述的近红外发光材料，其特征在于，所述近红外发光材料的晶体结构为双钙钛矿结构。

3.根据权利要求1所述的近红外发光材料，其特征在于，0.01＜x≤0.05。

4.根据权利要求1所述的近红外发光材料，其特征在于，所述近红外发光材料的化学式选自sr2sc0.999sbo6:0.1％fe3+、ca2sc0.999sbo6:0.1％fe3+、sr2sc0.995sbo6:0.5％fe3+、ca2sc0.995sbo6:0.5％fe3+、sr2sc0.99sbo6:1％fe3+、ca1.8sr0.1ba0.1y0.1sc0.89sbo6:1％fe3+、casrsc0.99sbo6:1％fe3+、casr0.5ba0.5sc0.99sbo6:1％fe3+、sr2y0.999sbo6:0.1％fe3+、sr2y0.995sbo6:0.5％fe3+、sr2sc0.1y0.89sbo6:1％fe3+、ba2sc0.99sbo6:1％fe3+、ba2sc0.89y0.1sbo6:1％fe3+、sr2la0.99sbo6:1％fe3+、sr2sc0.89la0.1sbo6:1％fe3+、sr2gd0.99sbo6:1％fe3+、sr1.8ba0.2sc0.8gd0.19sbo6:1％fe3+、sr2sc0.5y0.39lu0.1sbo6:1％fe3+、sr2sc0.89lu0.1sbo6:1％fe3+、sr2sc0.89lu0.1sbo6:1％fe3+、sr2sc0.89al0.1sbo6:1％fe3+、ca0.5sr1.5sc0.89al0.1sbo6:1％fe3+或ca0.5sr1.5sc0.79ga0.1al0.1sbo6:1％fe3+。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的近红外发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为1300～1600℃，时间为1～2h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的升温速率为1～10℃/min。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含a元素的化合物选自含a元素的氧化物、含a元素的氢氧化物、含a元素的卤化物或含a元素的碳酸盐中的任意一种或多种；

9.权利要求1～4中任一项所述的近红外发光材料或根据权利要求5～8中任一项所述的制备方法制备得到的近红外发光材料在医疗成像、夜视、食品分析以及太阳能电池领域中的应用。

10.一种近红外荧光转换型发光二极管，其特征在于，包括芯片以及封装所述近红外荧光转换型发光二极管的荧光粉；

技术总结
本发明提供了一种Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的近红外发光材料、其制备方法及应用。所述近红外发光材料的通式如式Ⅰ所示，通过以Fe<supgt;3+</supgt;作为激活离子，以锑酸盐A<subgt;2</subgt;M<subgt;1‑x</subgt;SbO<subgt;6</subgt;(0＜x≤0.05)作为基质材料，其中，Fe<supgt;3+</supgt;通过替代基质材料中部分元素M的位置，同时控制Fe<supgt;3+</supgt;与元素M的比例，使得该发光材料在近红外范围有发射强度较强且发射峰较宽的发射，且热稳定性高、化学性质稳定。同时，Fe<supgt;3+</supgt;作为激活离子无毒无害且便宜，便于实现工业化生产。

技术研发人员：尤洪鹏,张喜宝,尹书文
受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14