本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦酸鹽近紅外熒光粉及其制備方法。

背景技術(shù)：

近紅外發(fā)光材料在太能電池增效、防偽、軍事追蹤等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。三價稀土離子基于其豐富的4f電子躍遷，為各種波段的熒光發(fā)射提供了可能。因此，三價稀土離子也成為實現(xiàn)各種波段近紅外發(fā)光的重要手段。

在三價稀土離子中，Yb³⁺尤其引人關(guān)注。這是因為，Yb³⁺的發(fā)光波段大約在900-1100nm范圍，處于廣泛應(yīng)用的各種硅基光電子器件的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)。Yb³⁺能級簡單，可減少上轉(zhuǎn)換對近紅外發(fā)光的損耗，其激發(fā)態(tài)與基態(tài)相距約11000cm^-1，因而還可獲得較高的近紅外發(fā)光量子效率。此外，它具有較強的光吸收截面，能實現(xiàn)對激發(fā)光的有效吸收，增強激發(fā)效率。因此，通過其他敏化劑與Yb³⁺的組合，利用其它離子或離子基團對短波長光的吸收，進而通過能量傳遞敏化過程，將能量傳遞給Yb³⁺離子，可獲得Yb³⁺在900-1100nm范圍的近紅外發(fā)射。如中國專利CN201310143254.4就在LaBO₃基質(zhì)中通過Ce³⁺和Yb³⁺組合，實現(xiàn)在紫外光激發(fā)下Yb³⁺的近紅外發(fā)射。中國專利CN201010292983.2則在堿土鉬酸鹽中摻入Yb³⁺離子，利用鉬酸鹽基質(zhì)的吸收和對Yb³⁺離子的敏化實現(xiàn)近紅外發(fā)光。又如美國專利US8303846B2，在礬酸鹽基質(zhì)中通過Nd³⁺和Yb³⁺組合,在825nm和588nm激發(fā)下，獲得Yb³⁺峰值波長980nm的近紅外發(fā)光。

在研發(fā)近紅外發(fā)光材料中，盡可能在寬的激發(fā)波段內(nèi)，獲得有效的近紅外發(fā)射，是人們追求的目標(biāo)之一。這是因為寬波段激發(fā)可降低熒光粉對光源的匹配要求。而在探測和太陽能電池增效技術(shù)中，具有寬波段激發(fā)帶的熒光粉可以提高光頻率的探測范圍，或更有效地將寬帶太陽光轉(zhuǎn)換為與電池吸收利用相匹配的光。本發(fā)明致力于尋找能寬波段激發(fā)的敏化離子，并保證激發(fā)能量有效傳遞給Yb³⁺離子而發(fā)光，實現(xiàn)Yb³⁺離子在寬帶激發(fā)下的發(fā)光。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能在紫外到可見寬波段范圍均能激發(fā)的鈦酸鹽近紅外熒光粉及其制備方法，該近紅外發(fā)光材料激發(fā)波長在250-550nm范圍，發(fā)射波長在900-1100nm范圍，發(fā)射光譜的峰值波長在990nm。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鈦酸鹽近紅外熒光粉，分子式為A_(2-x)MgTi_(1-y)O₆：xYb,yMn，其中A為Gd³⁺、La³⁺或Y³⁺中的一種，0.03≤x≤0.18,0.001≤y≤0.004。本發(fā)明的熒光粉中基質(zhì)為A₂MgTiO₆，A為Gd³⁺、La³⁺或Y³⁺中的一種，敏化劑是Mn⁴⁺離子，發(fā)光中心為Yb³⁺離子。本發(fā)明是利用Mn⁴⁺離子的寬帶吸收和Mn⁴⁺離子向Yb³⁺離子的能量傳遞來實現(xiàn)Yb³⁺離子的近紅外發(fā)光的。

上述的鈦酸鹽近紅外熒光粉的制備方法，采用高溫固相反應(yīng)法制備，包括如下步驟：

按鈦酸鹽近紅外熒光粉分子式的組成配比，稱取Gd或Y或La、Yb、Mn、Mg、Ti的氧化物或相應(yīng)的鹽類，充分研磨混合，在800～1000℃預(yù)燒6～8小時，然后再次研磨，于1350～1550℃煅燒36～40小時，自然冷卻，研磨粉碎即得鈦酸鹽近紅外熒光粉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的熒光粉具有極寬的激發(fā)帶，激發(fā)帶從250nm一直延續(xù)到550nm，覆蓋了紫外到可見光的綠光區(qū)。

(2)本發(fā)明的熒光粉發(fā)射帶處于在900～1100范圍，與各種硅基光電子器件具有良好的光譜匹配，應(yīng)用十分廣泛，可用于硅基太陽能電池增效，或作為各種硅基探測器的光-光轉(zhuǎn)換層，也可以用于防偽等。

(3)本發(fā)明所得近紅外熒光粉性能穩(wěn)定，制作方便，操作簡單。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的La_1.88MgTi_0.998O₆：_0.12Yb,_0.002Mn熒光粉的XRD圖。

圖2為實施例1所制備的La_1.88MgTi_0.998O₆：_0.12Yb,_0.002Mn熒光粉的激發(fā)光譜圖。

圖3為實施例1所制備的La_1.88MgTi_0.998O₆：_0.12Yb,_0.002Mn熒光粉的發(fā)射光譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明并不限于此。

實施例1

分子式為La_1.88MgTi_0.998O₆：_0.12Yb,_0.002Mn的近紅外熒光粉

稱取La₂O₃ 3.063g，Yb₂O₃ 0.236g，MnO₂ 0.002g，MgO 0.403g，TiO₂ 0.797g，充分研磨混合，在900℃預(yù)燒7小時，然后再次研磨，于1500℃煅燒38小時，自然冷卻，研磨粉碎即得所需近紅外發(fā)射熒光粉。

圖1為該熒光粉的X射線衍射圖，表明所制備的粉體為純的單一相目標(biāo)化合物。圖2為該熒光粉的激發(fā)光譜圖，激發(fā)譜從250nm一直延續(xù)到550nm，顯示很寬的激發(fā)特性。圖3為樣品的發(fā)射光譜，呈現(xiàn)出Yb³⁺離子的近紅外光發(fā)射特性。

實施例2

分子式為Gd _1.97MgTi_0.999O₆：_0.03Yb,_0.001Mn的近紅外熒光粉

稱取Gd₂O₃ 3.571g，Yb₂O₃ 0.059g，MnO₂ 0.001g，MgO 0.403g，TiO₂ 0.798g，充分研磨混合，在800℃預(yù)燒6小時，然后再次研磨，于1400℃煅燒36，自然冷卻，研磨粉碎即得所需近紅外發(fā)射熒光粉。

實施例3

分子式為La_1.94MgTi_0.999O₆：_0.06Yb,_0.001Mn的近紅外熒光粉

稱取La₂O₃ 3.16g，Yb₂O₃ 0.118g，MnO₂ 0.001g，MgO 0.403g，TiO₂ 0.798g，充分研磨混合，在800℃預(yù)燒8小時，然后再次研磨，于1450℃煅燒40小時，自然冷卻，研磨粉碎即得所需近紅外發(fā)射熒光粉。

實施例4

分子式為Y_1.91MgTi_0.997O₆：_0.09Yb,_0.003Mn的近紅外熒光粉

稱取Y₂O₃ 2.156g，Yb₂O₃ 0.177g，MnO₂ 0.003g，MgO 0.403g，TiO₂ 0.796g，充分研磨混合，在1000℃預(yù)燒10小時，然后再次研磨，于1350℃煅燒40小時，自然冷卻，研磨粉碎即得所需近紅外發(fā)射熒光粉。

實施例5

分子式為Y_1.82MgTi_0.996O₆：_0.18Yb,_0.004Mn的近紅外熒光粉

稱取Y₂O₃ 2.055g，Yb₂O₃ 0.355g，MnO₂ 0.004g，MgO 0.403g，TiO₂ 0.796g，充分研磨混合，在850℃預(yù)燒9小時，然后再次研磨，于1550℃煅燒36小時，自然冷卻，研磨粉碎即得所需近紅外發(fā)射熒光粉。