一种Cr基短波红外发光材料及其制备方法和应用

本发明涉及短波红外发光材料，尤其涉及一种cr基短波红外发光材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、荧光转换型led(pc-led)具有节能、环保、高效、使用寿命长的优点，被誉为新一代光源。目前，光学防伪、夜视识别、食品安全和生物医疗等领域对于小型、经济、热稳定性好的新型短波红外光源(900～1600nm)的需求日益提高，期望开发出一种可实现高效短波红外发射的pc-led器件。

3、随着蓝光(450～460nm)ingan芯片的不断发展，探索可被蓝光激发的荧光材料，用以制备pc-led已经成为了发光材料领域研究的热点。cr3+离子在蓝光激发下可以产生高度可调的深红及红外光(700～1000nm)，因其对光的吸收范围与商用ingan芯片发射波段相匹配，常被用以制备短波红外荧光粉，但其发射谱带与ingaas红外探测器范围(900～1700nm)相比，还有很大扩展空间。为获得更全面的物质分析能力，开发具有更长波长的短波红外荧光粉是有必要的。为获得峰值在1000nm以上发射，将其它可产生短波红外发射的离子如ni2+、nd3+、yb3+等与cr3+离子共掺，是开发宽带无机发光材料的主要设计策略之一。然而，许多已报道的通过上述手段实现宽谱短波红外发射的发光材料具有较低的外量子效率和吸收效率，所封装的led器件的光电转换效率有待进一步提高。

4、因此，研发蓝光激发下具有高外量子效率的短波红外发光材料，是发展新一代短波红外光源技术及其应用所面临的重要课题，对于短波红外光源及光谱技术的发展具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种cr基短波红外发光材料及其制备方法和应用，解决了现有宽谱短波红外发光材料外量子效率和吸收效率较低的问题，本发明提供的短波红外发光材料化学性质稳定，能够被蓝光或红光有效激发，发射峰值位于1000nm左右，且内、外量子效率分别最高可达95.7％和60.3％，在短波红外光源领域具有广阔的应用价值。

2、第一方面，本发明提供了一种cr基短波红外发光材料，其具有式(i)所示的化学式：

3、crp3o9:xyb3+式(i)；

4、其中，0.001＜x≤0.2，cr以cr3+价态存在。

5、优选的，0.01＜x≤0.1。

6、优选的，所述cr基短波红外发光材料选自crp3o9:0.01yb3+、crp3o9:0.03yb3+、crp3o9:0.05yb3+、crp3o9:0.07yb3+或crp3o9:0.09yb3+。

7、进一步优选的，所述cr基短波红外发光材料选自crp3o9:0.05yb3+。

8、第二方面，本发明提供了上述cr基短波红外发光材料的制备方法，包括如下步骤：

9、将yb源、p源和cr源按比例混合均匀，先进行低温预烧，冷却至室温后再进行高温烧结，得到cr基短波红外发光材料，其中，p源的用量为理论摩尔量的130～150％。

10、优选的，所述yb源选自氧化镱或硝酸镱；所述p源选自磷酸二氢铵或磷酸氢二铵；所述cr源选自硝酸铬、氯化铬或氧化铬。

11、优选的，所述低温预烧的温度为500～600℃，低温预烧的时间为2～5h。

12、优选的，所述高温烧结的温度为1000～1400℃，高温烧结的时间为5～10h。

13、优选的，所述低温预烧和高温烧结均在空气气氛下进行。

14、第三方面，本发明提供了一种荧光转换型短波红外led器件，所述短波红外led器件至少包括激发光源和荧光粉，所述荧光粉至少包括上述cr基短波红外发光材料。

15、优选的，所述激发光源为发射波长范围在440～500nm的蓝光芯片；所述荧光转换型短波红外led器件发射短波红外光的范围为900～1200nm。

16、第四方面，本发明提供了上述荧光转换型短波红外led器件在光学防伪、无损检测、夜视照明、食品安全或生物医学领域中的应用。

17、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

18、(1)本发明提供的cr基短波红外发光材料可被蓝紫光(370～535nm，激发峰值～450nm)以及深红光(550～750nm，激发峰值～650nm)有效激发，激发后均可在短波红外区(900～1200nm)产生光发射，发射峰值位于966nm、1003nm和1054nm处，半峰宽～58nm，可有效扩展短波红外pc-led技术应用范围。

19、(2)本发明提供的短波红外发光材料性能优异，具有结晶性优良、热稳定性好、发光强度高和外量子产率高等特点，内、外量子效率分别最高可达95.7％和60.3％；

20、(3)本发明的制备方法简单环保，对设备要求低且不需要气氛保护，生产过程不出现副产物，适合大规模工业化生产，具有良好应用前景。

21、(4)本发明构筑的荧光转换型短波红外led器件，可在不同电流下发出与当前电流强度相匹配的短波红外光，可用于光学防伪、无损检测、夜视照明、食品安全和生物医学等领域，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种cr基短波红外发光材料，其特征在于，所述cr基短波红外发光材料具有式(i)所示的化学式：

2.如权利要求1所述的cr基短波红外发光材料，其特征在于，0.01＜x≤0.1。

3.如权利要求2所述的cr基短波红外发光材料，其特征在于，所述cr基短波红外发光材料选自crp3o9:0.01yb3+、crp3o9:0.03yb3+、crp3o9:0.05yb3+、crp3o9:0.07yb3+或crp3o9:0.09yb3+。

4.如权利要求1～3任一项所述的cr基短波红外发光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述yb源选自氧化镱或硝酸镱；所述p源选自磷酸二氢铵或磷酸氢二铵；所述cr源选自硝酸铬、氯化铬或氧化铬。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述低温预烧的温度为500～600℃，低温预烧的时间为2～5h；所述高温烧结的温度为1000～1400℃，高温烧结的时间为5～10h。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述低温预烧和高温烧结均在空气气氛下进行。

8.一种荧光转换型短波红外led器件，其特征在于，所述短波红外led器件至少包括激发光源和荧光粉，所述荧光粉至少包括权利要求1～3任一项所述的cr基短波红外发光材料。

9.如权利要求8所述的荧光转换型短波红外led器件，其特征在于，所述激发光源为发射波长范围在440～500nm的蓝光芯片；所述荧光转换型短波红外led器件发射短波红外光的范围为900～1200nm。

10.如权利要求1～3任一项所述的cr基短波红外发光材料或权利要求8～9任一项所述的荧光转换型短波红外led器件在光学防伪、无损检测、夜视照明、食品安全或生物医学领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种Cr基短波红外发光材料及其制备方法和应用，属于短波红外发光材料技术领域。本发明提供的Cr基短波红外发光材料，其具有式(I)所示的化学式：CrP<subgt;3</subgt;O<subgt;9</subgt;:xYb<supgt;3+</supgt;式(I)；其中，0.001＜x≤0.2，Cr以Cr<supgt;3+</supgt;价态存在。本发明提供的Cr基短波红外发光材料可被蓝紫光(370～535nm，激发峰值～450nm)以及深红光(550～750nm，激发峰值～650nm)有效激发，激发后均可在短波红外区(900～1200nm)产生光发射，可有效扩展短波红外pc‑LED技术应用范围；同时，材料具有结晶性优良、热稳定性好、发光强度高和外量子产率高等特点，内、外量子效率分别最高可达95.7％和60.3％；且制备方法简单环保，对设备要求低且不需要气氛保护，生产过程不出现副产物，适合大规模工业化生产，具有良好应用前景。

技术研发人员：梁延杰,黄立芃
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31