一种铁离子Fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉及其制备方法和医疗探伤应用

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种铁离子fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉及其制备方法和医疗探伤应用。

背景技术：

1、近红外光在生物无损探伤,食品无损分析，植物生长照明和夜视等领域有着广泛的应用。随着时代的快速发展和物联网的迅速铺设，近红外发光材料亟需与大量日新月异的便携式设备相匹配，因此对于近红外发光材料的研发和应用成为发光领域的一个热点。近红外磷转换发光二极管(nir pc-led)因其具有小体积，高效率，近红外发射可调等特点成为关注的焦点。目前多以cr3+掺杂荧光粉作为宽带nir发射的首选，因为cr3+对晶体场强和配位环境的影响较为敏感，在八配位的弱晶体场中表现出宽带发射，而且，cr3+掺杂荧光粉与商用蓝光led芯片有着非常契合的吸收匹配性。然而，一方面，cr3+掺杂荧光粉在制备过程中或者恶劣条件使用过程中可能会被氧化为cr4+、cr5+或cr6+，从而增加离子间能量传递等非辐射跃迁形式的能量损耗，最终导致发光效率减弱；另一方面，cr3+掺杂荧光粉的铬毒性也限制了其在生物医疗领域中的使用。

2、与cr3+相比，fe3+同时具备环境友好性和生物兼容性，应用前景更为广阔。但是，因为fe3+对发光环境要求较为苛刻，只有为数不多的基质能够与之适配，导致目前对fe3+在荧光粉中的应用研究比较欠缺。有研究报道mgga2o4处于正反尖晶石结构之间，由于其富含反位缺陷，掺杂fe3+获得了近红外长余辉荧光粉，然而fe3+的掺杂在发光效率上受到很大的限制，从而不能满足生物医疗无损探伤应用荧光粉需求。因此，现有技术仍有待改进。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铁离子掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉、制备方法及其在植物照明中的应用，旨在解决上述背景技术中提到的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种铁离子fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

4、分别将含有镁离子mg2+的化合物、含有镓离子ga3+的化合物、含有氟离子f-的化合物和含有铁离子fe3+的化合物作为原料，按化学式：mgga2o4:xfe3+，yf-中mg、ga、f、fe四种元素的摩尔份数称量原料；所述x为掺杂fe3+的摩尔份数，取0.00025≤x≤0.016，所述y为掺杂氟离子f-的摩尔份数，取0.05≤y≤1.2；

5、将称量得到的原料混合并充分研磨后，进行煅烧，得到煅烧后的产物；

6、将所述煅烧后的产物自然冷却至室温，再次充分研磨均匀后，得到f-修复氧空位后的fe3+掺杂尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉。

7、作为优选，所述煅烧是在空气气氛下进行的，所述煅烧的温度为950-1400℃，所述煅烧的时间为5-15小时。

8、作为优选，所述含有mg2+的化合物为mgco3、mgo、mg(hco3)2、mg(oh)2中的任意一种或多种组合；含有ga3+的化合物为ga2o3、ga(no3)3、gaf3中的任意一种或多种组合；含有fe3+的化合物为feo、fe2o3、fe3o4中的任意一种或多种组合；含有f-的化合物为nh4f、nh5f2、gaf3、mgf2中的任意一种或多种组合。

9、本发明还提供一种fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉，化学式为：mgga2o4:xfe3+，yf-；其中，0.00025≤x≤0.016，0.05≤y≤1.2；所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉，具有f-修复氧空位后的fe3+掺杂尖晶石结构。所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在310～400nm范围的存在激发带；所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在365nm激发波长下的在最强发射峰在740nm～750nm。

10、作为优选，所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为:mgga2o4:0.2％fe3+，1f；所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在365nm激发波长下的在最强发射峰在746nm；所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在363k和423k温度下的发光强度达到其在30℃下发光强度的91.17％和85.10％。

11、本发明还提供一种所述的fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在生物医疗无损探伤中的应用。

12、作为优选，所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉与有机硅胶混合后点涂在所述紫外led芯片上，得到nir pc-led器件，使用所述nir pc-led器件进行生物医疗无损探伤。

13、本发明具有以下几点优异效果：

14、(1)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉具有环境友好性和生物兼容性；

15、(2)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉通过f-修复氧缺陷后使得发射峰红移10nm至746nm，积分强度提升至原本的15.6倍；

16、(3)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉可以在423k温度下维持30℃时发光强度的85.10％,满足led器件的使用需求。

17、(4)本发明所述的fe3+掺杂近红外荧光粉制备所需的原料成本低，制备方法简洁有效。

技术特征：

1.一种铁离子fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，所述煅烧是在空气气氛下进行的，所述煅烧的温度为950-1400℃，所述煅烧的时间为5-15小时。

3.根据权利要求1所述的一种fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的制备方法，其特征在于，所述含有mg2+的化合物为mgco3、mgo、mg(hco3)2、mg(oh)2中的任意一种或多种组合；含有ga3+的化合物为ga2o3、ga(no3)3、gaf3中的任意一种或多种组合；含有fe3+的化合物为feo、fe2o3、fe3o4中的任意一种或多种组合；含有f-的化合物为nh4f、nh5f2、gaf3、mgf2中的任意一种或多种组合。

4.一种fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，化学式为：mgga2o4:xfe3+，yf-；其中，0.00025≤x≤0.016，0.05≤y≤1.2；

5.如权利要求4所述的一种fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，

6.如权利要求5所述的一种fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉，其特征在于，所述fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为:

7.如权利要求4～6中任意一项所述的fe3+掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在生物医疗无损探伤中的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种铁离子Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉及其制备方法和医疗探伤应用。所述铁离子Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉的化学式为MgGa<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;:xFe<supgt;3+</supgt;，yF<supgt;‑</supgt;；其中，0.00025≤x≤0.016，0.05≤y≤1.2。分别将含有镁离子Mg<supgt;2+</supgt;的化合物、含有镓离子Ga<supgt;3+</supgt;的化合物、含有氟离子F<supgt;‑</supgt;的化合物和含有铁离子Fe<supgt;3+</supgt;的化合物作为原料，经煅烧处理得到产物。所述的Fe<supgt;3+</supgt;掺杂的尖晶石结构氟镓酸盐近红外荧光粉在生物医疗无损探伤中可以应用。

技术研发人员：钟家松,叶裕龙,梁良,陈芳,毛启楠,袁慧娟,丁杨
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11