一种铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料及其制备方法

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1.本发明涉及无机发光材料技术领域，具体涉及一种铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光材料及其制备方法。


背景技术：

2.近红外光谱检测技术在日常生活和工业生产中都有非常广泛的应用，作为下一代智能近红外光源，近红外荧光转换型发光二极管(nir pc-led)近年来备受关注。近红外发光材料是nirpc-led的关键组成部分之一，对nir pc-led器件的性能起到至关重要的作用。
3.在众多的过渡金属离子中，cr
3+
具有很强的蓝光宽带吸收(可被ingan蓝光芯片激发)和近红外宽带发射；此外，由于cr
3+
独特的3d3电子构型，其宽带近红外发光材料发射峰的位置和峰宽可以通过改变晶体场而很容易的进行调节，这些特殊的性质完全符合作为nir pc-led用近红外发光材料的要求，因此人们对于cr
3+
离子激活的宽带近红外发光材料展开了深入的研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料及其制备方法，利用水热法和高温热压后处理制备得到铬离子激活的氟化物宽带近红外发光陶瓷材料，该材料在350-500纳米之间有一个很强的宽带吸收峰，可被蓝光芯片激发，在770纳米左右有一个很强的宽带发射峰，且与相应的粉体材料相比，该陶瓷材料具有更高的致密度，从而具有更好的导热性和热稳定性，可用于高功率nirpc-led器件封装。
5.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
6.一种铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为：k2lisc
1-x
cr
x
f6，x＝0.10～0.20。
7.所述材料的制备方法如下：将(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf按照摩尔比为(1-x):x:1:(7-12)加入到去离子水中，搅拌，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，离心得到沉淀，用去离子水洗涤，用无水乙醇洗涤，在75℃下干燥3小时得然后在600℃、220mpa的条件下处理5小时得到最终产物k2lisc
1-x
cr
x
f6宽带近红外发光陶瓷材料。
8.kf过量的情况下才可得到纯的物相，且(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf按照(1-x):x:1:10比例下，其发光强度最优。
9.本发明还保护所述铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料的应用，用于高性能nirpc-led器件封装。
10.本发明的有益效果如下：本发明利用水热法和高温热压后处理制备得到的铬离子激活的氟化物宽带近红外发光陶瓷材料，该材料在350-500纳米之间有一个很强的宽带吸收峰，可被蓝光芯片激发，在770纳米左右有一个很强的宽带发射峰，且在600℃、220mpa的
条件下处理5小时得到陶瓷材料的致密度明显高于相应的粉体材料，从而具有更好的导热性和热稳定性，可用于高性能nir pc-led器件封装。所制备的近红外发光陶瓷材料量子效率高于已报道的k2nascf6:cr
3+
(laser&photonics reviews,2020,15,2000410)和k2nainf6:cr
3+
近红外发光粉体材料(chemical engineering journal,2022,427,131740)。
附图说明：
11.图1是实施例1所制备的cr
3+
激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光激发光谱。
12.图2是实施例2所制备的cr
3+
激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光激发光谱。
13.图3是实施例3所制备的cr
3+
激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光激发光谱。由图3可知，产物在350-500纳米之间有一个很强的宽带吸收峰，可被蓝光芯片激发。
14.图4是实施例4所制备的cr3+激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光激发光谱。
15.图5是实施例5所制备的cr3+激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光激发光谱。
16.图6是实施例6所制备的cr3+激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光激发光谱。
17.图7为实施例3所制备的cr
3+
激活宽带近红外发光陶瓷材料的荧光发射光谱。由图7可知，产物在770纳米左右有很强的宽带近红外发射，可用于封装高性能nirpc-led器件。
18.图8为实施例1-4所得产物发光强度对比图。由图8可知，当kf:li(oh)
·
h2o的摩尔比为10:1时材料的发光强度最强。
19.图9为实施例3和已报道k2nascf6:cr
3+
、k2nainf6:cr
3+
近红外发光粉体材料的量子产率对比图。由图9可知，本专利k2liscf6:cr
3+
陶瓷材料的量子产率优于已报道的k2nascf6:cr
3+
和k2nainf6:cr
3+
近红外发光粉体材料。
20.图10为对比例1所制备的cr
3+
激活宽带近红外发光粉体扫描电镜图片。由图10可知，此粉体材料为分散的球形，颗粒之间较为分散。
21.图11为实施例3所制备的cr
3+
激活宽带近红外发光陶瓷材料的扫描电镜图片。与图10中粉体材料相比，图11所示陶瓷材料明显具有更高的致密度，从而可具有比粉体材料更好的热导率和热稳定性，可用于高功率nirpc-led器件。
具体实施方式：
22.以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
23.实施例1：
24.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为k2lisc
0.90
cr
0.10
f6。
25.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
26.室温下，按摩尔比0.90:0.10:1:6称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。将上述粉体材料进一步在600℃、220mpa条件下保持5小时，自然冷却到室温后即可得到最终产物宽带近红外发光陶瓷材料。
27.实施例2
28.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为k2lisc
0.90
cr
0.10
f6。
29.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
30.室温下，按摩尔比0.90:0.10:1:8称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。将上述粉体材料进一步在600℃、220mpa条件下保持5小时，自然冷却到室温后即可得到最终产物宽带近红外发光陶瓷材料。
31.实施例3
32.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为k2lisc
0.90
cr
0.10
f6。
33.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
34.室温下，按摩尔比0.90:0.10:1:10称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。将上述粉体材料进一步在600℃、220mpa条件下保持5小时，自然冷却到室温后即可得到最终产物宽带近红外发光陶瓷材料。
35.对比例1
36.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光粉体材料，其化学式为k2lisc
0.90
cr
0.10
f6。
37.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光粉体材料的制备方法，步骤如下：
38.室温下，按摩尔比0.90:0.10:1:10称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。
39.实施例4
40.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为k2lisc
0.90
cr
0.10
f6。
41.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
42.室温下，按摩尔比0.90:0.10:1:12称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。将上述粉体材料进一步在600℃、220mpa条件下保持5小时，自然冷却到室温后即可得到最终产物宽带近红外发光陶瓷材料。
43.实施例5
44.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为k2lisc
0.85
cr
0.15
f6。
45.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
46.室温下，按摩尔比0.85:0.15:1:10称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。将上述粉体材料进一步在600
℃、220mpa条件下保持5小时，自然冷却到室温后即可得到最终产物宽带近红外发光陶瓷材料。
47.实施例6
48.一种cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为k2lisc
0.80
cr
0.20
f6。
49.上述cr
3+
掺杂宽带近红外发光陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
50.室温下，按摩尔比0.80:0.20:1:10称取(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf加入到25毫升去离子水中，搅拌10分钟，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，将上述步骤的溶液离心得到沉淀，用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3小时得到宽带近红外发光粉体材料。将上述粉体材料进一步在600℃、220mpa条件下保持5小时，自然冷却到室温后即可得到最终产物宽带近红外发光陶瓷材料。

技术特征：
1.一种铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料，其特征在于，其化学式为：k2lisc
1-x
cr
x
f6，x＝0.10～0.20。2.一种权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf按照摩尔比为(1-x):x:1:(7-12)加入到去离子水中，搅拌，然后将溶液转移到水热反应釜中，在200℃下保温10小时，自然冷却到室温，离心得到沉淀，用去离子水洗涤，用无水乙醇洗涤，在75℃下干燥3小时得然后在600℃、220mpa的条件下处理5小时得到最终产物k2lisc
1-x
cr
x
f6宽带近红外发光陶瓷材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，(nh)4scf6、(nh)4crf6、li(oh)
·
h2o和kf摩尔比为(1-x):x:1:10。4.权利要求1所述铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料的应用，其特征在于，用于高性能nirpc-led器件封装。

技术总结
本发明公开了一种铬离子激活的钪基氟化物宽带近红外发光陶瓷材料及其制备方法，利用水热法和高温热压后处理得到铬离子激活的氟化物宽带近红外发光陶瓷材料，其化学式为：K2LiSc


技术研发人员：周建邦 霍见生 张秋红 李俊豪
受保护的技术使用者：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/18