[发明专利]一种多相近红外荧光粉及其制备方法、发光器件

说明书

本发明提供了一种多相近红外荧光粉及其制备方法、发光器件，涉及无机发光材料技术领域。本发明通过控制各元素的含量，使得多相近红外荧光粉的相组成包括主相结构为(Ga,Sc)₂O₃的固溶体和富余Sc和Ga形成的Sc₁₂Ga₁₀O₃₃结构。本发明提供的多相近红外荧光粉化学性质稳定，制备工艺简单，环境污染极小，且材料发光强度较好，其激发波长在300～700nm之间，发光波长在650～1200nm之间，波峰位置位于820nm附近，可应用于植物照明、食品检测、农业指导、生物辨识和安防监控等领域。

技术领域

本发明涉及无机发光材料技术领域，具体涉及一种多相近红外荧光粉及其制备方法、发光器件。

背景技术

随着科学技术的不断进步，LED光源以其节能、环保的优越性能已经应用到生活的各个方面，尤其是显示设备、普通照明等领域已经全面的替代传统的光源。

近红外LED是一种特殊的LED光源，现代新型农业的发展(植物照明方向、315～400nm的紫外光能增强植物新陈代谢、提升叶片光的保护；400～500nm的蓝光能提升幼苗发根，提高根系活力、促进生长；500～600nm黄绿光能促进果蔬类冠层中下部叶片的光合作用；600～700nm红光是叶绿素主要吸收波长，能够促进叶子生长和生长速度；700～850nm红外光控制植物从发芽到营养生长再到开花的整个过程)、食品安全方面的监管、红外测温(尤其是新冠肺炎的发生，导致对红外测温仪器需求大增)、可穿戴设备、安防监控(主要是800～950nm的近红外光)以及人脸识别等领域对红外的需求越来越大，使得研究者们对红外LED有较高的兴趣。

目前市场上的红外LED设备主要应用红外LED芯片封装而成，红外LED芯片价格昂贵，单颗的功率较小，半高宽窄、发光光谱窄等缺陷，限制了其在很多领域的应用。针对上述缺点，开发者们正在尝试用目前的蓝光芯片(或者紫外光芯片)加近红外荧光粉封装新型的近红外LED器件，蓝光芯片因为工艺成熟，在成本和性能上有明显的优点，而LED近红外荧光粉性能稳定，成本低，具有光谱可调、制备工艺简单环保等优点，这种封装下的近红外LED也有这些优点，通过不同的激活离子和基质材料，可以制备不同波段和不同发射光谱的近红外荧光粉，进而封装不同的近红外LED器件，可以获得宽谱且光谱可调的红外LED器件，拓宽其应用的领域。

市场上的蓝光芯片(紫外光芯片)工艺已相当成熟，所欠缺的是制备高效且光谱在650～1200nm范围的近红外荧光粉。目前，研究者已发现多款的红外荧光粉结构，进行了较多的试验研究，但仍存在着较多的问题。例如东南大学专利CN107573937A提供的一款发光波长为600～1000nm的硼酸盐红外荧光粉，可被420～520nm的蓝绿光激发，这种近红外材料的光谱较宽，性能稳定，但经过还原制备后，测试其强度较低，无法满足目前的市场要求。文献《Light：宽带近红外LED光源用荧光材料性能优化策略》(2020年05月07日)中提到Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Cr³⁺红外材料，并提出通过烧结助熔剂和还原气氛结合方法改善其近红外性能。但是此材料的峰值波长在780nm附近，难以满足目前客户对800～900nm的红外材料的光谱需求；另外，此红外材料的强度一般，即便经过改善提高，也难以达到客户对强度的较高要求。文献《On the influence of calcium substitution to the optical propertiesof Cr³⁺doped SrSc₂O₄》(2017年01月)中公开了SrSc₂O₄:Cr/Sr_1-xCa_xSc₂O₄:Cr结构的红外粉，峰值波长虽然能达到800nm以上，但其性能较差，况且其成分中含有大量的Sc，成本昂贵，无法在实际中进行应用。

发明内容