[发明专利]Cr3+

说明书

本发明公开了一种能同时被蓝光和红光激发的超宽带近红外锂镁基锗酸盐发光材料及其制备方法。所述的近红外发光材料其晶体结构属于正交晶系，其化学通式为：LiMg₂M_1‑xGe₂O₈:x％Cr³⁺，其中0.01≤x≤20，M为Sc,In中的一种或者两种。本发明材料有3个激发峰，分别位于250‑360nm、360‑560nm和560‑900nm，其发射波长范围为850‑1400nm，发射半高宽在300nm左右。本发明材料发射波长同时覆盖生物光学第一和第二窗口。该发明与蓝光或红光LED芯片匹配可用于制造超宽带近红外光源，在夜视成像、农产品无损质量分析和人类生理状态非侵入性检测等领域具有重要的应用价值。本发明制备工艺简单，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂镁基锗酸盐超宽带近红外发光材料的制备及应用方法，属于宽带近红外发光材料技术领域，所述的近红外发光材料可应用于夜视成像、农产品无损质量分析和人类生理状态非侵入性检测等领域。

背景技术

近红外光是电磁光谱上介于可见光区与中红外光区之间的不可见光(780-2526nm)。近红外光与有机分子中含氢基团(O-H、N-H、C-H)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可提供从田间的土壤条件到水果和蔬菜收获时的成熟程度整个过程中的信息。近红外光谱还可以检测水和其他饮料中的病原体、毒素和掺杂物。此外，近红外光在生物体内具有很强的穿透能力，并且生物组织在近红外光下的自体荧光效应弱，因此近红外发光材料可作为生物探针用于医学生物活体成像。

基质和激活剂共同构成发光材料。三价铬离子(Cr³⁺)是实现宽带近红外发光最理想的激活剂。Cr³⁺的3d轨道对外界晶体场环境变化十分敏感，以它为基础的发光材料发射波长易于调控。Cr³⁺在弱晶体场情况下，以⁴T₂→⁴A₂的宽带发射为主；在强晶体场情况下，以²T₁/²E→⁴A₂的窄带发射为主。目前已发现的近红外发光材料主要存在发光效率低，发射波长范围窄等问题，且大多数材料的发光都集中于生物光学第一窗口。目前随着人们对于健康以及优质生活的日益追求，研发高效、超宽带的发射光谱覆盖生物光学第一窗口和第二窗口的新型近红外发光材料具有重要的科学意义和应用前景。

发明内容

针对现有近红外发光材料波长范围窄的问题，本发明主要解决的技术难点是提供了一种Cr³⁺掺杂的锂镁基锗酸盐超宽带近红外发光材料，为近红外相关的科学研究和应用推广提供一个更好的选择。

本发明的另一目的是该材料制备工艺简单，易于大规模技术推广与工业化量产。

本发明通过以下技术方案实现：一种Cr³⁺掺杂的锂镁基锗酸盐超宽带近红外发光材料，其特征在于其化学通式为：LiMg₂M_1-xGe₂O₈:x％Cr³⁺，其中0.01≤x ≤20，M为Sc,In中的一种或者两种；其晶体结构属于正交晶系。

进一步地，本发明材料有3个激发峰，分别位于250-360nm、360-560nm和 560-900nm，其发射波长范围为850-1400nm，可以同时被蓝光和红光激发产生超宽带的近红外发射，发射半高宽为290-310nm。

进一步地，该材料发射波长同时覆盖生物光学第一(650-950nm)和第二 (1000-1350nm)窗口。

如上所述的Cr³⁺掺杂的锂镁基锗酸盐超宽带近红外发光材料的制备方法，包括以下步骤：