[发明专利]一种制备掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体的方法及生物应用

说明书

本申请公开了一种制备掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体的方法、掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体及应用。该方法包括：a)按照化学式Casubgt;1.99/subgt;Gasubgt;2/subgt;(Gesubgt;x/subgt;Sisubgt;1‑x/subgt;)Osubgt;7/subgt;:Eusupgt;2+/supgt;的配比，将包括含钙化合物、含镓化合物、含锗化合物、含硅化合物和含铕化合物的原料混合，得到混合原料；b)在还原性气氛下，将混合原料烧结，制成粉体，得到掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体，其中Casubgt;1.99/subgt;Gasubgt;2/subgt;(Gesubgt;x/subgt;Sisubgt;1‑x/subgt;)Osubgt;7/subgt;为基质，0x1.0；掺杂离子Eusupgt;2+/supgt;为激活离子，基于Casubgt;1.99/subgt;Gasubgt;2/subgt;(Gesubgt;x/subgt;Sisubgt;1‑x/subgt;)Osubgt;7/subgt;:Eusupgt;2+/supgt;的总重量计为0.8‑1.2wt％。本申请的方法生产周期短，工艺流程简单，成本低，效率高且绿色环保；由此制备的掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体可发绿光，发光性能优良，分散性好且变温荧光性能优异，可应用于指纹识别等生物领域中。

技术领域

本申请属于荧光材料技术领域，具体涉及一种制备掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体的方法、掺铕镓锗硅酸钙荧光粉体及其在生物领域中的应用。

背景技术

荧光粉体材料因具备储能效率高、发光效率优异、环保和易于制备等特性，在照明、显示、激光、医疗、光伏、成像和检测等领域得到了广泛应用。随着环境和能源问题的日益突出，高效率、低能耗的发光光源受到研究者的关注。荧光粉体材料的组分对于照明和显示用发光器件的光学性能，例如光谱分布、流明效率、显色指数、相关色温、使用寿命和色域等起着重要的作用。典型的荧光粉体材料一般由基质和激活离子组成。基质为激活离子提供合适的晶体场环境，对荧光粉体的性能包括激发和发射谱位置、量子效率、热稳定性和荧光寿命等具有重要的影响。激活离子作为发光中心，为荧光粉体的发光特征提供丰富的可能性。

荧光粉体基质的选择一般集中在硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐等氧化物以及氮化物、氟化物和氮氧化物。其中硅酸盐类荧光粉具备较宽的激发光谱，同时发射光谱也比较丰富，光谱的颜色可为绿光、黄光和红光，因此受到了研究人员的广泛关注。从GE公司开发的第一种硅酸盐荧光粉Zn₂SiO₄:Mn²⁺开始，到后来开发的(Ba,Si)SiO₄:Eu²⁺，硅酸盐荧光粉进入高速发展阶段，期间不断有新型硅酸盐荧光粉材料涌现。对于硅酸盐荧光粉，其通式可示为M₂SiO₄:RE(M为Ca、Sr、Ba等碱土金属元素，RE为Eu、Tb、Ce等掺杂的稀土元素)。利用与Si同族的Ge对基质材料进行优化，调控基质材料的带隙，可在丰富基质组分的同时获得性能良好的荧光粉体基质材料。

荧光粉体发光中心的激活离子一般可选择稀土元素或过渡金属元素，其中稀土元素因其独特的光、电、磁、热性能被国内外研究人员广泛关注。归因于独特的电子层结构，稀土元素特殊的光谱学性质是一般元素无法替代的，其可吸收或发射紫外、可见和红外等多种波长的电磁辐射，在照明显示、光电器件和探测成像等领域具有重要的应用。镧系元素含有未被充满的4f电子层，该层的电子在7个4f轨道的不同排布可以产生数量巨大的不同能级。4f电子在不同能级间跃迁，产生大量吸收、发射等光谱信息。其中，Eu元素的4f电子层中具有未成对的电子，根据价态及基质的变化可以实现蓝光、青光、绿光、红光甚至红外光等多种波长发射。Eu²⁺离子的电子构型为[Xe]4f⁷，4f亚层为半满壳层结构，其发光通常来自于基态4f⁷与最低激发态4f⁶5d¹间的电子跃迁，即4f-5d电子跃迁，属于自旋允许的跃迁。Eu²⁺离子由于具备发光效率高、响应速度块、衰减寿命短、光谱带宽与峰位易调控、发光波长范围广等特性，被研究人员广泛用作发光中心的激活离子。