[发明专利]Cr3+

说明书

本发明公开了一种Cr³⁺掺杂的磷酸盐基远红光‑近红外发光材料及其制备方法，化学组成式为M₉A_1‑x(PO₄)₇:xCr³⁺，其中，M为Ca、Sr中至少一种，A为Al、Ga、Sc、In、Lu、Y中至少一种，0＜x≤1；属于β‑Ca₃(PO₄)₂结构。本发明发光材料通过高温固相法合成，激发波长范围覆盖250‑800nm，有3个激发峰，可以同时被蓝光、绿光和红光激发实现远红光‑近红外发射，发射波长范围为600‑1100nm。该发光材料通过搭配蓝光、绿光或红光LED芯片可用于制造远红光‑近红外发光器件，在植物生长、夜视成像、农产品无损质量分析、人类生理状态非侵入性检测、示踪标记和防伪等领域具有重要的应用价值。本发明的制备方法工艺简单，原料价格低廉，易于大规模技术推广。

技术领域

本发明涉及远红光-近红外发光材料技术领域，特别涉及一种Cr³⁺掺杂的磷酸盐基远红光-近红外发光材料及其制备方法。

背景技术

远红光(FR)是指波长范围在650-780nm之间的电磁波，近红外光(NIR，780-2526nm)是介于可见光和中红外光之间的电磁波，又可划分为近红外短波(780-1100nm)和近红外长波(1100-2526nm)两个区域。近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，是分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X-H(X＝C、N、O)振动的倍频和合频吸收，包含大多数有机化合物的组成和分子结构信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小、发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效载体。当使用近红外光照射有机体时，频率相同的光和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而光的频率和有机体的振动频率不同时，该频率的光就不会被吸收。因此，选用宽谱发射的近红外光照射有机体时，由于不同组分对不同频率近红外光的选择性吸收，通过有机体的近红外光在某些波长范围内会变弱，透射出来的近红外光会携带有机物的组分和结构信息。

远红光和近红外光在植物生长、夜视成像、农产品无损质量分析、人类生理状态非侵入性检测、示踪标记和防伪等领域具有重要的应用价值。短波长的近红外光可以穿透食物，并被食物中的分子振动模式(C-H、N-H、O-H键)选择性吸收，因此可用来实时监控蔬菜和水果的成分和质量信息，可快速鉴别食物的优劣、区分食物及添加剂等。另外，生物光学窗口有第一窗口(650-950nm)、第二窗口(1000-1350nm)和第三窗口(1500-1800nm)，远红光和近红外光在生物体内的穿透能力很强，且生物组织在该区域的自体荧光效应弱，高穿透性的远红光或近红外光可非侵入性检测肿瘤和病变组织，可应用于生物活体成像和医学领域。在植物生长方面，发射波长范围在700-740nm的远红光作为植物灯的光源，可促进植物色素(PFR)的吸收从而缩短开花周期；同时，波长范围在715-1050nm的远红光和近红外光可以被叶绿素吸收从而促进光合细菌的繁殖，进而间接促进植物生长。据报道，对稻壳进行红外辐射可以增强食物的抗氧化活性以及提高食物的营养价值。因此，与硅探测器相匹配的波长范围在650-1100nm的远红光和近红外光源具有重要的应用价值。然而，传统光源如白炽灯、卤素灯以及AlGaAs基LED存在体积大、寿命短、发光效率低、工作温度高、发射半峰宽窄(小于50nm)等缺点，进一步限制了其应用；因此，对可实现高效宽带发射的远红光和近红外发光材料的研发显得格外重要。