[发明专利]二价铕掺杂的硅氮化物红色长余辉发光材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种二价铕掺杂的硅氮化物红色长余辉发光材料及其制备方法，属于发光材料领域。材料的化学式为：AE_1‑xEu_x(Si,Ge)_yN₂，其中，AE为碱土金属Mg、Ca、Sr和Ba中的一种或两种，0.05％≤x≤10％，y＝1。材料以二价Eu离子作为发光中心；该材料为结晶质物质，根据碱土金属的含量表现出不同的晶体结构。通过材料组分的改变，可以实现发光波长和余辉时间的可控调节。该长余辉材料可被紫外光有效激发，激发波长范围为250nm～600nm；通过成分调控，可以发射红光至深红光，发射波长范围为600nm～800nm。通过调节阳离子比例和掺杂稀土元素比例，可以得到秒(s)到小时(h)量级的余辉时间。

技术领域

本发明属于发光材料领域，涉及一种基质可调型的长余辉发光材料，具体涉及经紫外光照射后，可发出持续可见的红光余辉的长余辉发光材料。

背景技术

长余辉发光材料简称长余辉材料，又称夜光材料，属于光致发光材料。它是一类在光源激发下，发出一定波长的光，同时能够将获得的部分光能储存，在激发停止后仍能够以光的形式缓慢释放能量的物质。根据应用的不同，发射的波长范围能够涵盖紫外、可见光以及红外光等光谱范围，一般广泛使用为可见光长余辉材料，具有利用日光、灯光和紫外光储光，广泛应用在夜间应急照明、光电子元器件、仪表显示、家庭装饰、发光油墨、信息防伪领域，还可以应用于光电信息领域(高能粒子和缺陷损伤探测器，三维信息存储等)，近些年来，也发展出了长余辉发光材料在生物成像、生物传感以及癌症靶向上的应用，是一种储能、节能的发光材料。自20世纪90年代以来，以Eu²⁺/Dy³⁺共掺杂的SrAl₂O₄为代表的Eu²⁺掺杂的铝酸盐体系和硅酸盐体系成为长余辉发光材料的研究主体，且已经得到商业认可。然而，这种基质材料由于晶体场以及配位环境的限制，发光波长范围只能涵盖绿色、蓝色以及蓝绿色，黄光甚至是红光鲜有报道。近些年来，氮化物由于氮离子共价性强、其晶体场劈裂大、质心位移大，导致其能够发射黄光以及红光波段的暖色调波长，而得到人们的广泛关注。虽然也有一些氮化物长余辉材料的报道表述，但这些材料如(Ca,Sr)AlSiN₃合成制备温度高，合成组元成分繁多，余辉时间短的缺点而未能取得足够的曝光度。三元的碱土金属硅氮化物，是最早最为荧光粉而被研究的氮化物体系，然而由于制备条件的关系，其长余辉性质从未被报道或者探测过。

发明内容

针对当前长余辉材料的不足，本发明提供一种通过高温固相法合成红色长余辉发光材料，其原料易获取，物理化学稳定性高，余辉时间长，显色性高；该材料在紫外辐照10min后，移除激发源，能够实现红色长余辉发光，余辉时间随着成分变化而有所调制，本发明通过以下技术方案实现。

一种二价铕掺杂的硅氮化物红色长余辉发光材料，以二价Eu离子作为发光离子，碱土金属Mg/Ca/Sr/Ba，Si/Ge和N构成基质晶格，调节阳离子及阳离子掺杂量来调节发光波长及余辉时间，Eu²⁺作为发光中心；材料的化学式为：

AE_1-xEu_x(Si,Ge)_yN₂

其中，AE为碱土金属Mg、Ca、Sr和Ba中的一种或两种，

0.05％≤x≤10％，y＝1。

这种长余辉发光材料为结晶质物质，其晶体结构与碱土金属类型及含量有关：当碱土金属主要为Ba时，晶体结构为正交晶系，空间群为Cmca；当碱土金属主要为Sr时，晶体结构为单斜晶系，空间群为P2₁/c；当碱土金属主要为Ca时，晶体结构为正交晶系，空间群为Pbca；当碱土金属主要为Mg时，晶体结构为正交晶系，空间群为Pna2₁；但这些物质的化学通式均符合AE_1-xEu_x(Si,Ge)_yN₂。