[发明专利]一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的近红外荧光粉及其制备方法和应用。该荧光材料的结构通式为Casubgt;1‑y/subgt;Mgsubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;Gesubgt;2/subgt;Msubgt;x/subgt;REsubgt;y/subgt;Zsubgt;y/subgt;Osubgt;6/subgt;，其中，M为Crsupgt;3+/supgt;，RE为Cesupgt;3+/supgt;、Prsupgt;3+/supgt;或Eusupgt;3+/supgt;，Z为Nasupgt;+/supgt;和Lisupgt;+/supgt;的一种，0.01≤x≤0.10，0≤y≤0.05，0≤z≤0.05。该荧光材料通过稀土共掺杂，不仅提高了荧光材料的热稳定性，还可显著增强荧光材料的发射强度，提高荧光材料的量子效率。该荧光材料通过机械混匀并压实，经程序升温烧结，将稀土元素均匀的掺杂到基质材料的晶格中所得荧光材料的良品率高，便于工业化生产；基于本发明所提供的荧光材料所制备的近红外光源具有优异的光学性能，在内、外量子产率和热稳定性方面均有显著的提升，满足商业化应用需求。

技术领域

本发明涉及一种近红外荧光粉，具体涉及一种稀土增强近红外荧光粉发光与热稳定性的制备方法和应用，属于荧光材料技术领域。

背景技术

近红外(NIR)光源的应用包括夜视照明、医疗诊断、生物识别(包括虹膜与静脉血管图像采集)、近红外光谱检测、人眼护理。白炽灯、卤素灯和AlGaAs近红外发光二极管(led)是主要的近红外光源。近红外光源在光诊疗领域具有不可替代的优点，但在实际应用过程中也存在不可避免的缺陷。近红外荧光粉转换发光二极管(NIR pc-LED)具有体积小、效率高、成本低、寿命长等优点，是目前应用的理想选择。因此，开发具有高量子效率和热稳定性的近红外荧光粉至关重要。Cr³⁺掺杂的近红外荧光粉具有来自⁴A₁→⁴T₁能级跃迁的蓝光吸收带，与高效商用蓝光LED芯片能够良好匹配，但是目前大多Cr³⁺掺杂荧光粉的发光外量子效率低于30％，热稳定性表现较差。因此，优化Cr³⁺长波近红外荧光粉的量子产率和热稳定性是重中之重。目前，通过晶体场调控与掺杂是优化Cr³⁺掺杂近红外荧光粉的量子产率和热稳定性的重要方法。

此外，近红外光照射对于眼部具有修复和护理的作用，但时在作用于眼部时，近红外光需要持续照射，这就导致温度的上升，而现有的近红外荧光材料在150℃高温下难以满足应用要求，且量子产率较低，难以对眼部形成有效的护理和修复。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉，通过在辉石结构基底材料上掺杂多种稀土元素，一方面提高了荧光材料的热稳定性，另一方面可显著增强荧光材料的发射强度，提高荧光材料的内量子效率。

本发明的第二个目的在于提供一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的制备方法，该方法通过表面机械活化和程序升温烧结，将稀土元素均匀的嵌入到基底材料的晶格中，该制备方法操作简单，所得荧光材料的良品率高，便于工业化生产。

本发明的第三个目的在于提供一种稀土增强发光效率与热稳定性的近红外荧光粉的应用，用于制备护眼仪近红外光源。基于本发明所提供的近红外荧光材料所制备的护眼仪近红外光源具有优异的能量转化效率。经测试，掺入Pr³⁺后样品对于蓝光的吸收大幅度增加，在内量子产率由71.4提高至93％，外量子产率也由13.5％升高至33％。由于Pr³⁺掺杂对骨架结构刚度的改变和热活化能的升高，也提高了热稳定性。在150℃的温度下，CMG:1Pr,2Cr和CMG:2Cr的发光强度从室温的67.8％提高到了74.1％。