一種寬頻帶深紅光轉換材料及其製備方法與流程
2023-05-31 14:00:34 2
本發明光轉換材料領域，具體涉及一種過渡金屬離子的寬頻帶深紅色光轉換材料及其製備方法。
背景技術：
長波長紅光(又可稱深紅光)轉換材料在太能電池增效、防偽、LED照明等領域有重要的應用。過渡金屬離子是一類很好的光轉換中心離子。很多過渡金屬離子中的電子都具有d-d躍遷，這種從高能級到低能級躍遷在能量上有可能落在可見光區或近紅外區內，為各種轉光材料的實現提供了可能。與稀土離子相比，過渡金屬離子具有成本低，光譜可調性強，從而十分有利於各種光轉換材料的開發。
過渡離子Cr3+的電子組態是[Ar]3d3，3d電子在外層，對晶體環境十分敏感。處於八面體配位場Cr3+離子通常具有良好的發光性能。摻雜過渡金屬Cr3+的發光性質已被廣泛的研究，無論是固體可調諧雷射材料還是近紅外長餘輝材料，Cr3+摻雜的發光與光轉換材料都具有獨特的優勢。但是，傳統的基於Cr3+離子的發光多為鋁酸鹽、鎵酸鹽或鍺酸鹽。例如，美國專利US2010/0045163A1就公布了Cr3+摻雜A2O3的紅光轉換材料。美國專利US2012/0193578A1和2012/0261617A1還分別公布了Cr3+摻雜Zn3Ga2Ge4O14和LiGa5O8近紅外長餘輝發光材料。採用鋁酸鹽為轉光材料基質時，合成溫度高，產品控制困難。當用鎵酸鹽或鍺酸鹽作為基質時，則大大提高了材料成本。
為此，本發明通過尋找合適的基質材料，研發出一種低成本且其合成工藝穩定可控的深紅色轉光材料。
技術實現要素：
本發明提供一種室溫下能在紫外到可見寬波段範圍均能激發的寬頻帶深紅光轉換材料及其製備方法。本發明的材料激發波長在275nm～700nm範圍，轉換後發射波長在650nm～850nm範圍，發射光譜的峰值波長在726nm，表明該轉光材料可將275nm～700nm寬波段範圍的照射(激發)光轉換為波長在650nm～850nm範圍的深紅光。
本發明的技術方案為：
一種寬頻帶深紅光轉換材料，分子式為Li2MgTiO4：xCr，其中0.003≤x≤0.015，最佳濃度為x＝0.008。本發明的深紅光轉換材料基質為Li2MgTiO4，發光中心為Cr3+離子。
上述的寬頻帶深紅光轉換材料的製備方法，採用高溫固相反應法製備，包括如下步驟：
按寬頻帶深紅光轉換材料分子式的組成配比，稱取Li、Mg、Ti、Cr的氧化物或相應的鹽類，充分研磨混合後，在900～1000℃預燒2～4小時，將預燒後的半成品再次研磨，於1200～1350℃煅燒2～3小時，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉換材料。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
(1)本發明的深紅光轉換材料具有極寬的激髮帶，激髮帶從275nm一直延續到700nm，覆蓋了紫外到可見光的紅光區，表明這類材料可對對275nm到700nm範圍的照射(激發)光進行波長轉換。
(2)本發明的深紅光轉換材料在室溫下可將照射(激發)光轉換為較強的深紅色寬帶發光，其發射帶處於在650nm‐850nm範圍，應用範圍極廣，與各種矽基光電子器件具有很好的光譜匹配特性，可用於LED照明、光電探測、太陽能電池增效及防偽等領域。
(3)本發明的深紅光轉換材料性能穩定，原料成本低，合成溫度低，能耗較小，操作簡單。
附圖說明
圖1為實施例1所製備的Li2MgTiO4：0.008Cr光轉換材料的XRD圖。
圖2為實施例1所製備的Li2MgTiO4：0.008Cr光轉換材料室溫下的激發光譜圖。
圖3為實施例1所製備的Li2MgTiO4：0.008Cr光轉換材料室溫下的發射光譜圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明並不限於此。
實施例1
分子式為Li2MgTiO4：0.008Cr的深紅光轉換材料
稱取Li2CO3 3.695g、MgO 2.015g、TiO2 3.993g、Cr2O3 0.03g，充分混合研磨20-30分鐘，在900℃預燒4小時，然後將其再次研磨20～30分鐘，於1350℃煅燒2小時，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉換材料。
圖1為該光轉換材料的XRD圖，顯示所製備的材料為立方結構的單一相多晶體。圖2為該材料的激發光譜，可以看出該材料可對275nm到700nm範圍的光都能進行波長轉換。圖3為的發射光譜圖，表明該材料能將照射(激發)光能轉換為波長650nm-850nm範圍的深紅光。實施例2
分子式為LiMgTiO4：0.005Cr的深紅光轉換材料
稱取Li2CO3 3.695g、MgCO3 4022g、TiO2 3.993g、Cr2O3 0.019g，充分混合研磨20-30分鐘，在1000℃預燒3小時，然後將其再次研磨20～30分鐘，於1300℃煅燒2小時，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉換材料。
實施例3
分子式為Li2MgTiO4：0.012Cr的深紅光轉換材料
稱取Li2CO3 3.695g、MgO 2.015g、TiO2 3.993g、CrCl3·6H2O 0.16g，充分混合研磨20-30分鐘，在1000℃預燒2小時，然後將其再次研磨20～30分鐘，於1250℃煅燒3小時，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉換材料。