本發(fā)明涉及無機發(fā)光材料，尤其涉及一種新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近紅外光是指波長在700-1700nm之間的電磁波，介于可見光和遠紅外之間。近年來，近紅外光在生物醫(yī)學(xué)、夜視系統(tǒng)、植物生長照明、無損檢測等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的近紅外光源如鹵素?zé)?、紅外發(fā)光二極管和激光器，特別是大功率激光器，它們都存在固有的缺陷。鹵鎢燈存在壽命短，響應(yīng)慢、體積大、能耗高、效率低等缺點；紅外激光器發(fā)射峰半峰寬較窄且成本較高，而且往往需要大型的冷卻系統(tǒng)和安全裝置，使得整體設(shè)備體積大；而紅外發(fā)光二極管的發(fā)射峰半峰寬較窄，發(fā)射峰會發(fā)生藍移或者紅移，并且高溫下發(fā)光強度嚴重下降，不能廣泛應(yīng)用于近紅外技術(shù)上。相反，近年來，由于藍光芯片ingan的發(fā)明，近紅外磷光轉(zhuǎn)換發(fā)光二極管(pc-leds)的研究得到快速發(fā)展，采用藍光led芯片與性能優(yōu)異的近紅外熒光粉結(jié)合的方式，具有成本低廉、光譜可調(diào)、熱穩(wěn)定性高、小型化、響應(yīng)迅速等優(yōu)勢，成為研究熱點。

2、在pc-leds技術(shù)中，近紅外發(fā)光熒光粉作為關(guān)鍵部件，在決定整體光學(xué)性能方面起著至關(guān)重要的作用。因此，探索能被ingan藍色芯片有效激發(fā)，并能產(chǎn)生高效、熱穩(wěn)定性好的寬帶近紅外發(fā)射的發(fā)光材料具有重要的研究價值。目前，已將各種稀土或過渡金屬離子如eu2+、yb3+、ni2+、mn2+或cr3+等引入合適的基體中作為發(fā)光中心，實現(xiàn)近紅外發(fā)射。其中，cr3+被認為是最理想的活化劑，因為其獨特的3d3電子構(gòu)型可以在弱共價環(huán)境下產(chǎn)生600-1400nm范圍內(nèi)的寬近紅外發(fā)射帶。雖然cr3+摻雜y3ga5o12石榴石結(jié)構(gòu)中的發(fā)光性能，能夠被藍光有效激發(fā)，可作為近紅外光材料。但是這類熒光粉普遍存在發(fā)射峰窄、量子效率低等缺點，使得近紅外pc-leds綜合性能大大降低，進而導(dǎo)致其商業(yè)應(yīng)用受限。而通過替代石榴石結(jié)構(gòu)中的部分或全部原子能產(chǎn)生較寬的發(fā)射峰和較高的量子效率，其中l(wèi).p.jiang等通過硅和鎂元素部分替代鎵元素，改善了其發(fā)光性能(inorg.chem.，2023,doi:10.1021/acs.inorgchem.2c04319.)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述不足，提出了一種新型cr3+摻雜石榴石結(jié)構(gòu)寬帶近紅外熒光粉，其具有發(fā)射峰波長較寬，解決了cr3+摻雜氧化物發(fā)射峰窄、量子效率低等缺點，響應(yīng)迅速、寬帶近紅外光源的一種新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉材料。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉材料，所述熒光粉材料的化學(xué)表達式為y3ga(3-x)znge(1-y)siyo12：xcr3+，其中x＝0.01-0.09，y＝0-1。

3、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明公開了一種新型cr3+摻雜石榴石結(jié)構(gòu)寬帶近紅外熒光粉，改善了其發(fā)光性能，從而產(chǎn)生較寬的發(fā)射峰和較高的量子效率，突破了小型化、響應(yīng)迅速、寬帶近紅外光源的技術(shù)瓶頸，其中通過不同含量的si和ge陽離子替換可以有規(guī)律的調(diào)整熒光粉的發(fā)光性能和實驗光學(xué)帶隙，實現(xiàn)了cr3+發(fā)射光譜的精準調(diào)控。

4、本發(fā)明所述的寬帶近紅外熒光粉具有組成選擇和調(diào)整的余地，制備更加簡便，可以采用多種常規(guī)制備方法制備，可采用傳統(tǒng)高溫固相法，但不限于此，且便于規(guī)?；a(chǎn)。

5、本發(fā)明所述的寬帶近紅外熒光粉在藍光芯片ingan激發(fā)下產(chǎn)生良好的寬帶近紅外光，具有物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，發(fā)光性質(zhì)穩(wěn)定的特點，在生物醫(yī)學(xué)、夜視系統(tǒng)、植物生長照明、無損檢測等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

6、作為一種改進，該熒光粉材料包含：y2o3，ga2o3，zno，sio2，geo2，摻雜的過渡族金屬離子原料為cr2o3。

7、作為一種改進，所述y2o3的質(zhì)量百分比為42-44.5％，所述ga2o3的質(zhì)量百分比為34.4-36.4％，所述zno的質(zhì)量百分比為10.1-10.7％，所述sio2的質(zhì)量百分比為0-7.9％，所述geo2的質(zhì)量百分比為0-13％，所述過渡族氧化物cr2o3的質(zhì)量百分比為0.5％，其化學(xué)表達式為y3ga3znge(1-y)siyo12：0.05cr3+，其中x＝0.05，y＝0-1，通過不同質(zhì)量的陽離子替換，改善了近紅外熒光粉的發(fā)光性能，考慮到原料成本問題，通過陽離子si替換ge，可以大大節(jié)約生產(chǎn)成本。

8、作為一種改進，所述y2o3的質(zhì)量百分比為42％，所述ga2o3的質(zhì)量百分比為34-34.8％，所述zno的質(zhì)量百分比為10.1％，所述geo2的質(zhì)量百分比為13％，所述過渡族氧化物cr2o3的質(zhì)量百分比為0.5％-0.9％，其化學(xué)表達式為y3ga(3-x)znge(1-y)siyo12：xcr3+，其中x＝0.01-0.09，y＝0。當(dāng)x＝0.05時，近紅外熒光粉的光學(xué)性質(zhì)良好，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是制造優(yōu)異性能近紅外pc-leds的優(yōu)良部件。

9、作為一種改進，所述y2o3的質(zhì)量百分比為44.5％，所述ga2o3的質(zhì)量百分比為36-36.8％，所述zno的質(zhì)量百分比為10.7％，所述sio2的質(zhì)量百分比為7.9％，所述過渡族氧化物cr2o3的質(zhì)量百分比為0.1-0.9％，其化學(xué)表達式為y3ga(3-x)znge(1-y)siyo12：xcr3+，其中x＝0.01-0.09，y＝1，當(dāng)x＝0.05時，近紅外熒光粉的光學(xué)性質(zhì)良好，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是制造優(yōu)異性能近紅外pc-leds的優(yōu)良部件。

10、作為一種改進，石榴石結(jié)構(gòu)近紅外熒光粉材料被400-480nm的紫外光或者藍光激發(fā)后，近紅外發(fā)光的光波長為650-900nm，半峰寬為100-150nm，熒光粉的激發(fā)范圍比較寬，在450nm左右有最強的激發(fā)峰，因此非常適合ingan藍光led激發(fā)，可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、夜視系統(tǒng)、植物生長照明、無損檢測等領(lǐng)域。

11、作為一種改進的一種新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉材料的制備方法，包括以下步驟：

12、s1：根據(jù)化學(xué)通式y(tǒng)3ga(3-x)znge(1-y)siyo12：xcr3+中的摩爾比重原料y2o3，ga2o3，zno，sio2，geo2，過渡族氧化物cr2o3后，將適量的無水乙醇加入上述原料中進行研磨以將其混合均勻；

13、s2：待步驟s1中的無水乙醇完全揮發(fā)后，將干燥粉體放入坩堝中，然后放置在馬弗爐中通過加熱氣氛進行升溫，升溫至設(shè)定燒結(jié)溫度后繼續(xù)保溫；

14、s3：待步驟s2中得到的燒結(jié)產(chǎn)物自然冷卻至室溫后，對燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)過充分研磨，即可得到新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉。

15、本發(fā)明的一種新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉材料的制備方法，僅需將所需原料按照規(guī)定摩爾比重進行研磨混合，加熱冷卻后再次進行研磨即可獲得新型近紅外發(fā)光石榴石熒光粉，生產(chǎn)流程簡單，便于規(guī)?；a(chǎn)。

16、作為一種改進，步驟s2中在馬弗爐中升溫速率為5-10℃/min，加熱氣氛為空氣氣氛。

17、作為一種改進，步驟s2中燒結(jié)溫度為1400-1500℃，保溫時間為5-6h。

18、作為一種改進，步驟s3中室溫溫度為20±5℃。