[发明专利]一种含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料及其制备方法

说明书

一种含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料及其制备方法，属于长余辉发光材料技术领域。该含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料的制备方法，它以含锌化合物、含镓化合物、含硅化合物、含铬化合物为原料，将固体粉末原料研磨混匀得前驱体，放至坩埚中高温炉中升温至1100℃‑1400℃温度下焙烧1‑3次，所得焙烧产物经破碎、研磨得含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料。本发明的原料成本低廉、简单可行，对设备要求低，经1400℃的高温烧结也不会熔融玻璃化，本发明所述的长余辉发光材料具有发射范围位于近红外区，且余辉强度强、余辉时间长等优良性质，且发光效率好，在250nm‑600nm范围内能够有效的激发，发光波长范围位于600‑850nm之间。

技术领域

本发明属于长余辉发光材料技术领域，涉及一种含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料及其制备方法，可用于指示照明和成像检测领域。

背景技术

长余辉发光材料，是一种能够吸收-存储外界光辐射能量，并缓慢释放出光的发光材料。这一特性被广泛的应用于指示照明，如紧急出口标志、消防通道、建筑装饰等领域，近来又逐渐扩展到生物成像、信息存储等应用领域。现有可见光区的长余辉材料主要分为蓝光、绿光和红光材料，其中蓝色和绿色发光材料的发光强度以及余辉时间等光学性能已经达到了实际应用的要求。但是红色长余辉材料发光强度和余辉时间相对较差，制约了其应用。

近年来，近红外长余辉材料在生物成像领域受到广泛关注，但是近红外长余辉材料无论是在荧光强度上还是在余辉时间上都要低于蓝色与绿色长余辉荧光材料。主要原因存在两个方面：一，具有近红外发光的发光中心离子少(主要包括Cr³⁺、Mn²⁺、Mn⁴⁺等)，使近红外长余辉发光材料的发射波长可调性受限；二：适合上述发光中心离子掺杂的基质少，导致优化长余辉材料的性质很难。因此，寻找新的长余辉发光材料的基质显得尤为重要。目前报道的近红外长余辉材料中，最具代表性的是Cr³⁺掺杂的尖晶石基质近红外长余辉发光材料ZnGa₂O₄:Cr³⁺。因为在尖晶石ZnGa₂O₄中，富含由于Zn和Ga格位互换的反位缺陷。正是由于这种反位缺陷起到了用于存储载流子的陷阱作用，才使改材料具有较好的余辉强度与时间，但是离实际应用仍有很大距离。本专利基于不等价替换策略，提出构建一种含硅的尖晶石基质近红外长余辉发光材料。在该材料中会获得更丰富的不等价替换导致的点缺陷，即更多的用于储存载流子的陷阱，从而实现更好的余辉性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料及其制备方法，该材料成本低、工艺简单、发光效率好，在250nm-600nm范围内能够有效的激发，发光波长范围位于600-850nm之间。

所述的一种含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料，其特征在于所述发光材料的化学表达式为：

Zn_2+aGa_a(2-x)SiO_4+4a:xCr³⁺

式中：0＜a≤20，0.001≤x≤0.1。

所述的一种含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料，其特征在于0.1≤a≤10，0.002≤x≤0.03。

所述的一种含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料，其特征在于2≤a≤7，0.003≤x≤0.015；优选为a＝5或6，0.005≤x≤0.01。

所述的含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料的制备方法，其特征在于以含锌化合物、含镓化合物、含硅化合物、含铬化合物为原料，采用高温固相法制得含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料。

所述的含硅尖晶石基质近红外长余辉发光材料的方法，其特征在于包括以下步骤：