一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉及其制备方法和应用

本发明涉及荧光粉制备，具体涉及一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，近红外光谱检测技术因其无损伤与检测速度快的特点，被广泛应用于生物成像、光动力治疗、夜视成像等领域。近红外光具有高穿透性，为非侵入性与非破坏性鉴别肿瘤组织提供了可能。目前，常用的近红外光源是白炽灯和近红外发光二极管。传统的钨灯和卤素灯的发射光谱可以覆盖从紫外光区到红外光区，但这些光源具有发光效率较低、寿命短、工作温度高和体积尺寸比较大等缺点，限制了其在集成度较高的设备中的进一步应用；近红外发光二极管虽然具有高的电-光转换效率、使用寿命长、结构紧凑等，但是近红外发光二极管的一个严重缺点是波段发射光谱的波段范围相对较窄(半高宽～30nm)，并且近红外发光强度和峰值波长对使用温度和驱动电流十分敏感。因此，在各种近红外光源的应用领域，都迫切需要具有宽带发射、结构紧凑、长寿命、高荧光量子效率的新型近红外光源。

2、荧光粉转换性发光二极管(pc-led)近红外光源，将led激发光源和近红外荧光粉结合，荧光粉被紫外/蓝光芯片激发，具备发射谱宽、波长可调谐、热稳定性好和易于封装等一系列优点。荧光粉是决定光源发光效率和光谱宽度的关键材料，所以探索具有合适的激发带、较高荧光量子效率和抗热猝灭效应的新型超宽带近红外荧光粉对于设计宽带近红外发射光源具有重要意义。cr3+具有3d3电子构型，在可见光光谱范围内具有宽带吸收，可以与高效蓝光led芯片很好的匹配，是一种理想的近红外发光材料的激活剂。

3、一般来说，cr3+离子在晶格中倾向于占据把八面体格位(六配位)，并表现出在近红外一区(nir-i,650-1000nm)的宽带发射。但是，在实际应用中对具有更长波长，即近红外二区(nir-ii,1000-1500nm)的宽带发射的近红外荧光粉仍然有着强烈的需求。例如，在生物成像领域，nir-ii波段较nir-i具有更小的吸收和散射系数，以利于更深的穿透深度；在物质成分检测中，越宽的发射光谱对应于可以检测更多的物质信息。目前关于cr3+掺杂的近红外荧光材料荧光发光峰位超过940nm，且fwhm超过220nm的近红外荧光材料有助于拓展nir-i和nir-ii区域探测范围的连续性，但此类荧光材料却鲜有报道。

4、为了解决上述问题，本发明提供cr3+激活宽带近红外氧化物荧光粉及其制备方法和应用。

技术实现思路

1、本发明提供的cr3+激活宽带近红外氧化物荧光粉及其制备方法和应用，本发明通过高温固相法成功合成一系列可被近紫外(@350nm)/蓝光(@470nm)有效激发的cr3+激活钨酸盐宽带近红外mgwo4:cr3+荧光粉，在700-1600nm范围内表现出超宽带近红外荧光发射，发射峰值位于940nm且半峰宽达到231nm，荧光量子效率最高为20.4％，该荧光粉独特的宽带发射来源于cr3+离子在八面体格位的4t2(f)→4a2(f)跃迁。验证了nirpc-led光源在红外夜视和生物组织无损检测方面的潜在应用，以及激光驱动高流明近红外光源技术的开发。

2、为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉，其特征在于，其化学式为：ab1-xcrxo4，其中a为mg+、sr+、ca+、ba+，b为w6+、mo6+中的一种或多种，x＝0～0.02。

3、本发明的另一目的在于提供一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、step1、原料准备，以摩尔百分比计，包括以下组分：ao 13～15mol％、bo383～88mol％、cr2o30.04～0.08mol％；其中，ao为mgo、sro、cao、bao中的一种或多种，bo3为wo3、moo3中的一种或多种；

5、step2、原料按比例精确称量置于玛瑙研钵中，加入适量75％酒精研磨10～15min；

6、step3：待酒精完全挥发，粉体成干燥粉状，将粉体转移至刚玉坩埚中烧结两次，自然冷却至室温后取出研磨5～10min，即得。

7、进一步的，所述step3中，第一次烧结温度为600～900℃，时间为270～330min；二次烧结温度为1000～1300℃，时间为150～210min。

8、本发明的另一目的在于提供一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉的应用，其特征在于，荧光粉与商用led芯片封装组成nir pc-led，应用于红外夜视和生物组织无损检测方面。

9、本发明的有益效果：

10、本发明通过传统的高温固相法合成一系列cr3+掺杂mgwo4近红外荧光粉，具备发射峰位于940nm附近能覆盖700-1600nm的nir-i到nir-ii区域的超宽带近红外发射，半峰宽可达到231nm，且有效激发波段可与近紫外和蓝光芯片相匹配。结合基质晶体结构和近红外光学特性的研究得出，该荧光粉独特的宽带发射来源于cr3+离子占据w6+格位进入八面体中心的4t2(f)→4a2(f)自旋允许跃迁。将所制备的mwo:cr3+荧光粉与商用led芯片封装组成nirpc-led，验证其在红外夜视和生物组织无损检测方面的潜在应用。最后，提出nir荧光粉与激光驱动结合的模型，为开发高流明的cr3+离子掺杂宽带近红外光源提供了理论依据。

技术特征：

1.一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉，其特征在于，其化学式为：ab1-xcrxo4，其中a为mg+、sr+、ca+、ba+，b为w6+、mo6+中的一种或多种，x＝0～0.02。

2.根据权利要求1所述的一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，所述step3中，第一次烧结温度为600～900℃，时间为270～330min；二次烧结温度为1000～1300℃，时间为150～210min。

4.根据权利要求1所述的一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉的应用，其特征在于，荧光粉与商用led芯片封装组成nirpc-led，应用于红外夜视和生物组织无损检测方面。

技术总结
本发明公开一种铬激活宽带近红外氧化物荧光粉及其制备方法和应用，按比例精确称量置于玛瑙研钵中，加入适量酒精进行研磨；待酒精完全挥发，粉体成干燥粉状，将粉体转移至刚玉坩埚中烧结两次，即得。本发明的荧光粉材料是可被近紫外(@350nm)/蓝光(@470nm)有效激发的Cr<supgt;3+</supgt;激活钨酸盐宽带近红外MgWO<subgt;4</subgt;:Cr<supgt;3+</supgt;荧光粉，在700‑1600nm范围内表现出超宽带近红外荧光发射，发射峰值位于940nm且半峰宽达到231nm，荧光量子效率最高为20.4％，该荧光粉独特的宽带发射来源于Cr<supgt;3+</supgt;离子在八面体格位的<supgt;4</supgt;T<subgt;2</subgt;(F)→<supgt;4</supgt;A<subgt;2</subgt;(F)跃迁。

技术研发人员：邱建备,朱凤梅,李映兰,高源
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15