一种宽带近红外发光材料及其制备方法与应用

1.本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种宽带近红外发光材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.近红外光谱技术因无损、环保等优点，已作为一种实时快速的检测手段在农业、食品、医药和无创健康检测等领域广泛应用。对于近红外光谱的光源而言，最重要的一点是要尽可能拓宽发射波长的范围，发射波长的范围越宽，可分析和识别的物体越多。例如，在确定物体的成分或水分含量时，需要用宽波段近红外照射目标物体(通常为650-1050nm)，此时部分光源会被反射，另一部分则被吸收。反射吸收比因物体而异，籍此便可得到每件物品的分子指纹。虽然红外led芯片体积小，但是其发光谱带通常小于50nm，无法满足宽谱带的需求。借鉴蓝光led芯片与荧光转换材料结合实现白光led照明的技术，通过蓝光led芯片与近红外荧光转换材料结合获得的宽带近红外led光谱是目前最佳方法。因此，开发一种适用于蓝光激发的宽带近红外发光材料具有非常重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种宽带近红外发光材料及其制备方法与应用。该发光材料热稳定好、发光性能优异，可被400-550nm的蓝光有效激发，发射650-1300nm范围的近红外光，发射峰位于750-950nm。
4.本发明的目的通过下述技术方案实现：一种宽带近红外发光材料，其化学通式为a6m
xry
crz(bo3)6，其中，a为元素sr、ba、la、pb中的一种或两种，m为元素la、y、gd、lu、sc、in、bi、ca、sr中的一种或几种，r为元素mg、al、ga、sc、in、y、lu、gd、zr、hf、sn中的一种或几种；参数x、y、z满足如下条件：0.01≤x≤1.5，0.01≤y≤1.5，0.001≤z≤1，x+y+z＝2。
5.优选地，所述宽带近红外发光材料的化学通式中，a为元素sr，m为元素la、y、gd、lu、sc、in、bi中的一种或几种，r为元素al、ga、sc、y中的一种或几种；参数x、y、z满足如下条件：0.01≤x≤1.5，0.01≤y≤1.5，0.001≤z≤1，x+y+z＝2；更优选地，所述宽带近红外发光材料的化学通式中，a为元素sr，m为元素y，r为元素sc；参数x、y、z满足如下条件：0.01≤x≤1.5，0.01≤y≤1.5，0.001≤z≤1，x+y+z＝2。
6.优选地，所述宽带近红外发光材料的化学通式中，a为元素sr，m为元素ca、sr中的一种或两种，r为元素sn、hf、zr中的一种或几种；参数x、y、z满足如下条件：0.01≤x≤1.5，0.01≤y≤1.5，0.001≤z≤0.3，x＝y，x+y+z＝2。
7.优选地，所述宽带近红外发光材料的化学通式中，a为元素ba，m为元素la、y、gd、lu中的一种或几种的组合，r为元素sc、in中的一种或两种的组合，且所述参数x、y、z满足如下条件：0.01≤x≤1.5，0.01≤y≤1.5，0.001≤z≤0.3，x+y+z＝2。
8.优选地，所述宽带近红外发光材料的化学通式中，a为元素ba，m为元素sr，r为元素zr，且所述参数x、y、z满足如下条件：0.01≤x≤1.5，0.01≤y≤1.5，0.001≤z≤0.3，x＝y，x
+y+z＝2。
9.上述宽带近红外发光材料的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)按照宽带近红外发光材料的化学组成和化学计量比称取相应原料aco3、m2o3和/或mo2、r2o3和/或ro2和/或ro、h3bo3和/或b2o3、cr2o3，加入适量醇类，将原料研磨均匀，得到混合物；其中，h3bo3和/或b2o3过量0％-100％，以补偿高温挥发；
11.(2)将步骤(1)所述混合物预烧处理，再次研磨，高温灼烧，得到焙烧产物；
12.(3)将冷却后的步骤(2)所述焙烧产物研磨，洗涤，超声处理，再次洗涤，分离后烘干，得到宽带近红外发光材料。
13.步骤(2)所述预烧处理为500-700℃预烧1-24h，可分次预烧。
14.步骤(2)所述预烧处理的气氛为空气、氮气或者氩气的至少一种。
15.步骤(2)所述高温灼烧为900-1400℃灼烧6-48h，可分次灼烧。
16.步骤(2)所述高温灼烧的气氛为空气、氮气或者氩气的至少一种。
17.步骤(3)所述洗涤采用去离子水，所述再次洗涤采用乙醇；洗涤次数均为1-3次。
18.步骤(3)所述超声处理的时间为10-60min。
19.步骤(3)所述烘干为80-140℃烘干6-24h。
20.上述宽带近红外发光材料在制备宽带近红外发光器件中的应用。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.1、本发明的宽带近红外发光材料发光性能优异，可被400-550nm的蓝光有效激发，发射650-1300nm范围的近红外光，发射峰位于750-950nm；具有宽谱带特性，可以作为近红外光源，结合蓝光芯片，制备宽带近红外发光器件。
23.2、本发明的宽带近红外发光材料中b的含量较高，原料中的h3bo3或b2o3不仅可以作为反应物，还可以作为助溶剂，一方面有利于降低合成温度，促进了产物的生成，另一方面能够形成的还原气氛，可以保护cr
3+
在高温下不被氧化。因此，本发明的宽带近红外发光材料的合成温度低，制备方法简单，便于批量生产。
附图说明
24.图1为实施例1制备的sr6ysc
0.95
cr
0.05
(bo3)6宽带近红外发光材料的x射线衍射(xrd)图谱。
25.图2为实施例1制备的sr6ysc
0.95
cr
0.05
(bo3)6宽带近红外发光材料的激发-发射光谱图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.一种宽带近红外发光材料，该材料的化学表达式为sr6ysc
0.95
cr
0.05
(bo3)6。其制备方法如下：按照化学计量比称取原料srco3(99.99％)、y2o3(99.99％)、sc2o3(纯度99.99％)、
h3bo3(纯度99.99％)、cr2o3(纯度99.97％)，相应的质量分别为4.4289g、0.5645g、0.3275g、1.9109g、0.0190g。将称取的原料在玛瑙研钵中充分研磨混合均匀，然后将仔细研磨后的混合物转移至氧化铝坩埚中，随后置于低温箱式炉中，在空气气氛下600℃下预烧2h，得到预烧产物，随炉冷却至室温。将得到的预烧产物在玛瑙研钵中再次研磨，然后在空气气氛下1000℃下焙烧8h，得到焙烧产物，随炉冷却至室温。将得到的焙烧产物充分研磨成粉末，采用去离子水洗涤3次，2200w超声处理10min，乙醇洗涤1次，离心，将沉淀置于烘箱中，120℃烘干6h，即得到本发明的sr6ysc
0.95
cr
0.05
(bo3)6宽带近红外发光材料。
29.宽带近红外发光材料的xrd衍射图谱如图1所示。从图1可以看出，所得物质为单相，且所有的衍射峰均与标准卡片相匹配，说明制备的材料为纯相，且在保持晶体结构不变的情况下将cr
3+
离子成功掺杂到了基质晶格中。
30.宽带近红外发光材料的激发-发射光谱如图2所示。从图2中可以看出，该材料在650-1300nm之间有一个宽的发射峰，该波段处于近红外光范围，峰值位于800nm，半高宽为150nm，并且在400-550nm之间有强的激发峰，表明材料可有效被蓝光激发。
31.实施例2
32.一种宽带近红外发光材料，该材料的化学表达式为sr6sc
1.99
cr
0.01
(bo3)6。其制备方法如下：按照化学计量比称取原料srco3(99.99％)、sc2o3(纯度99.99％)、h3bo3(纯度99.99％)、cr2o3(纯度99.99％)，相应的质量分别为2.2145g、0.3413g、0.9740g、0.0038g。将称取的原料在玛瑙研钵中充分研磨混合均匀，然后将仔细研磨后的混合物转移至氧化铝坩埚中，随后置于低温箱式炉中，在空气气氛下600℃下预烧1h，得到预烧产物，随炉冷却至室温。将得到的预烧产物在玛瑙研钵中再次研磨，然后在空气气氛下1050℃下焙烧8h，得到焙烧产物，随炉冷却至室温。将得到的焙烧产物充分研磨成粉末，采用去离子水洗涤3次，2200w超声处理10min，乙醇洗涤1次，离心，将沉淀置于烘箱中，140℃烘干8h，即得到本发明的sr3sc
0.99
cr
0.01
(bo3)3宽带近红外发光材料。
33.宽带近红外发光材料的xrd衍射图谱显示，所得物质为单相，且所有的衍射峰均与标准卡片相匹配，说明制备的材料为纯相，且在保持晶体结构不变的情况下将cr
3+
离子成功掺杂到了基质晶格中。
34.宽带近红外发光材料的激发-发射光谱显示，该材料在650-1300nm之间有一个宽的发射峰，该波段处于近红外光范围，峰值位于900nm，半高宽为160nm，并且在400-525nm之间有强的激发峰，表明材料可有效被蓝光激发。
35.实施例3
36.一种宽带近红外发光材料，该材料的化学表达式为lasr5(scmg
0.93
)(bo3)6:0.07cr
3+
。其制备方法如下：按照化学计量比称取原料la2o3(99.99％)、srco3(99.99％)、mgo(99.99％)、sc2o3(纯度99.99％)、h3bo3(纯度99.99％)、cr2o3(纯度99.99％)，相应的质量分别为0.1620g、0.7350g、0.0400g、0.0680g、0.3843g、0.0049g。将称取的原料在玛瑙研钵中充分研磨混合均匀，然后将仔细研磨后的混合物转移至氧化铝坩埚中，随后置于低温箱式炉中，在空气气氛下550℃下预烧1h，得到预烧产物，随炉冷却至室温。将得到的预烧产物在玛瑙研钵中再次研磨，然后在空气气氛下900℃下焙烧24h，得到焙烧产物，随炉冷却至室温。将得到的焙烧产物充分研磨成粉末，采用去离子水洗涤3次，2200w超声处理10min，乙醇洗涤1次，离心，将沉淀置于烘箱中，100℃烘干18h，即得到本发明的sr6ca
0.99
zr
0.99
cr
0.02
(bo3)6宽带近红外发光材料。
37.宽带近红外发光材料的xrd衍射图谱显示，所得物质为单相，且所有的衍射峰均与标准卡片相匹配，说明制备的材料为纯相，且在保持晶体结构不变的情况下将cr
3+
离子成功掺杂到了基质晶格中。
38.宽带近红外发光材料的激发-发射光谱显示，该材料在650-1300nm之间有一个宽的发射峰，该波段处于近红外光范围，峰值位于825nm，半高宽为171nm，并且在400-535nm之间有强的激发峰，表明材料可有效被蓝光激发。
39.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。