一种氧空位缺陷长余辉材料的制备方法及三模态光学应用

本发明涉及固体发光材料领域，具体涉及一种氧空位缺陷长余辉材料的制备方法及三模态光学应用。

背景技术：

1、近红外光学非接触式温度传感具有响应快、精度高等特点，可减少病毒传播，精确测量体温并及时抢救。近红外精确光学诊疗探针需要体外预激发，以消除杂散光干扰，为手术切除癌变组织提供精确导航，但体内重复激发的高能光源对皮肤有损伤，因此，探针激发光源的选择是影响长期成像的关键因素之一。此外，近红外光学指纹成像识别技术具有高灵敏度、高分辨率、操作简便、个性化识别、热致发光特性和快速成像等特点，可应用于安全验证、身份认证和犯罪侦查等领域，有助于提高社会安全性和打击犯罪，且准确度高，可有效降低误识别风险。

2、长余辉材料作为光致发光材料，它可以储存紫外或可见光的能量，然后以发光的形式缓慢的释放能量，其余辉时间长达几小时或者数天之久。近红外光具有良好的生物组织穿透性，其超长余辉时间可以消除生物组织自荧光的干扰，提高生物成像的信噪比和灵敏度，因此，基于近红外长余辉探针已被广泛应用。长余辉材料的持久发光特性可以持续发出独特的磷光信号，从而有效区分环境杂散光和目标物体发出的信号，实现无干扰的温度测量及成像。这种持久发光性能为光学温度传感和成像提供了更好的信号分离能力，增强了温度测量和成像的准确性和可靠性。同时，长余辉材料的持久发光特性还使得传感和成像的响应速度更快，可以更快地体现信号变化，提供实时的温度和成像监测。然而，基于长余辉材料设计的探针，性能和应用广度存在单一现象，缺乏多功能集成和极好近红外发光性能的长余辉材料。

3、长余辉材料的基本组成包括基质、发光中心和陷阱。发光中心决定发光波长，而陷阱决定发光性能，基质是发光中心和陷阱的载体。因此，设计具有氧空位结构的长余辉材料，可以增强磷光，围绕光学性能设计多功能集成和极好近红外发光性能长余辉材料的三模态光学应用，即精准测温用于健康预警、多激发成像探针的精准导航用于长期成像，无干扰的近红外指纹成像用于身份验证。本发明最终达到保护人类健康和财产安全的目的。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，通过共沉淀方法制备一种氧空位缺陷长余辉材料的制备方法及三模态光学应用。质量按照比例混合mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+和mg0.9zn0.1ga2o4(1：9、3：7、5：5、7：3、9：1)实现了双发射材料，在224nm激发下实现了25～50℃的磷光测温，特别是在1：9比例下具有极好的绝对灵敏度2.762％和稳定性。该磷光测温可以避免环境荧光干扰，提高了信噪比和灵敏度，极好的稳定性和独特的线性范围有望应用在健康预警测温。此外，氧空位缺陷结构的mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+具有极好的近红外发光性能，多个激发峰的特征，可被设计420nm-led、560nm-led、800nm-led灯小鼠模型体内激发长期成像有望应用在手术精准导航；无干扰的近红外指纹成像有望应用在身份验证。

2、本发明的技术方案是：

3、本发明第一方面的目的是提供了一种长余辉磷光测温材料，通式mg1-yznyga2o4:xcr3+，其x和y是摩尔量，x的取值范围是0≤x≤0.018，y的取值范围是0≤y≤0.5。

4、进一步的，x分别为0、0.003、0.006、0.009、0.012、0.015或0.018；y分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5。

5、采用共沉淀的制备方法制得材料，通过调控cr和zn离子的掺杂量实现了氧空位结构和极好的磷光性能。

6、本发明第二方面的目的是提供了上述长余辉磷光测温材料的制备方法，该方法采用共沉淀的制备方法制得材料，通过调控cr和zn离子的掺杂量实现了磷光强度和发射波长的可调可控以及形成大量的氧空位，cr离子提供近红外发射，zn离子提供陷阱。

7、进一步地，本发明方法按照分子式的化学计量关系，分别取适量镓、镁、锌、铬离子水溶液于圆底烧瓶中，搅拌均匀后，用28％浓氨水调节溶液ph为9，继续搅拌使其充分混合。将混合液用超纯水离心洗涤1次，离心产物置于真空干燥箱中120℃真空干燥2小时，并转移至坩埚中，在900℃下煅烧1h，得到长余辉材料。

8、本发明同时提供了三模态光学应用方法，该方法以mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+作为近红外光源，以mg0.9zn0.1ga2o4作为蓝色光源，构成了不同的发光性质的双相双发射材料，用来测试25～50℃下的健康预警测温的可靠性。氧空位结构实现了极好的近红外发光性能在成像导航探针和指纹成像识别应用基础。

9、本发明的优点和有益效果是：

10、本发明提供了磷光测温材料，其化学式mg1-yznyga2o4:x cr3+，其x和y是摩尔量，x的取值范围是0≤x≤0.018，y的取值范围是0≤x≤0.5，通过调控cr和zn离子的掺杂量实现了磷光强度和发射波长的可调可控以及形成大量的氧空位。质量按照比例(1：9、3：7、5：5、7：3、9：1)混合mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+和mg0.9zn0.1ga2o4后实现了双发射材料，该方法以mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+作为近红外光源，以mg0.9zn0.1ga2o4作为蓝色光源，构成了不同的发光性质的双相双发射材料，实现了在25～50℃下的健康预警测温。氧空位结构实现了极好的近红外发光性能，在成像导航探针和指纹成像识别具有应用潜力。该制备方法简单，易于大规模推广应用。

技术特征：

1.一种氧空位缺陷长余辉材料，通式mg1-yznyga2o4:x cr3+，其x和y是摩尔量，x的取值范围是0≤x≤0.018，y的取值范围是0≤y≤0.5。

2.根据权利要求1所述的氧空位缺陷长余辉材料，其特征在于：x分别为0、0.003、0.006、0.009、0.012、0.015或0.018；y分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5。

3.根据权利要求1或2所述的氧空位缺陷长余辉材料的制备方法，其特征在于采用共沉淀的制备方法制得材料，通过调控cr和zn离子的掺杂量实现了磷光强度和发射波长的可调可控以及形成大量的氧空位，cr离子提供近红外发射，zn离子提供陷阱。

4.根据权利要求3所述的氧空位缺陷长余辉材料的制备方法，其特征在于：按照分子式的化学计量关系，分别取适量镓、镁、锌、铬离子水溶液于圆底烧瓶中，搅拌均匀后，用28％浓氨水调节溶液ph为9，继续搅拌使其充分混合，将混合液用超纯水离心洗涤1次，离心产物置于真空干燥箱中120℃真空干燥2小时，并转移至坩埚中，在900℃下煅烧1h，得到长余辉材料。

5.权利要求1或2所述的氧空位缺陷长余辉材料的用途，其特征在于：zn离子的掺杂量实现了更多氧空位结构，mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+和mg0.9zn0.1ga2o4按照质量比例混合后得到双发射材料，用于健康预警测温；cr和zn离子的掺杂量实现了极好的近红外发光性能，用于生物成像导航或指纹成像识别。

6.根据权利要求5所述的氧空位缺陷长余辉材料的用途，其特征在于：mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+作为近红外光源，mg0.9zn0.1ga2o4作为蓝色光源，构成了不同的发光性质的双相双发射材料，用于健康预警测温。

7.根据权利要求5所述的氧空位缺陷长余辉材料的用途，其特征在于：mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+作为近红外光源，其中氧空位结构提供的极好的近红外发光性能，用于生物成像导航或指纹成像识别。

8.根据权利要求5所述的氧空位缺陷长余辉材料的制备方法，其特征在于：mg0.9zn0.1ga2o4:0.006cr3+和mg0.9zn0.1ga2o4的质量混合比例为1：9、3：7、5：5、7：3或9：1。

技术总结
本发明提供了一种氧空位缺陷长余辉材料的制备方法及三模态光学应用，属于固体发光材料技术领域，所述长余辉纳米材料以Mg<subgt;1‑</subgt;<subgt;y</subgt;Zn<subgt;y</subgt;Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;:x Cr<supgt;3+</supgt;(x分别为0、0.003、0.006、0.009、0.012、0.015、0.018；y分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)为通式，采用共沉淀的制备方法制得，能通过调整Mg和Zn离子的比例，以及Cr离子的掺杂量来实现不同程度的氧空位结构和长余辉特性。本发明具有氧空位缺陷结构长余辉材料的三模态光学应用，包括精准测温用于健康预警、多激发成像探针的精准导航，无干扰的近红外指纹成像用于身份验证。极好性能的长余辉材料可以避免环境荧光干扰，实现了无杂散光干扰的三模态光学应用。材料制备方法简单且快速，较高的应用灵活性、易于大规模推广。

技术研发人员：热娜古丽·阿不都热合曼,赵天骐
受保护的技术使用者：喀什大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29