Cr3+激活新型石榴石结构近红外荧光粉的制备与发光性能研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rogiangel
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宽带的近红外光在生物医学、农药残留、人工智能、无人机成像和安防监控等领域有着广泛的应用前景。相较于传统的近红外光源,近红外荧光粉转换型的LED器件(NIR pc-LED)具有发射峰可调、成本低、寿命长、节能环保和发光效率高等诸多优点,成为近年来研究的热点。其中,石榴石结构基质具有可调性、热稳定性良好和丰富的多面体位点等优点,能够为Cr3+离子提供很好的晶体场环境,从而实现高效、宽带的近红外发光。然而,目前已报道的高光效、热稳定性好的Cr3+激活石榴石结构近红外荧光粉大都为昂贵的Sc基荧光粉,阻碍了其实际化应用。基于此,本论文利用石榴石结构的可调性,通过改变基质结构组成,开发出廉价的新型Cr3+掺杂石榴石结构宽带近红外荧光粉。主要研究结果如下:(1)通过高温固相法制备了Lu2Ca Mg2Si3O12:Cr3+石榴石结构近红外荧光粉。在450 nm激发下,Lu2Ca Mg2Si3O12:Cr3+呈现出650-1100 nm的宽带发射,发射峰位于752nm,半峰宽为125 nm。在最佳Cr3+掺杂浓度下(5 mol%),荧光粉的内量子产率为76%,423 K时的发光强度为室温下的70%。Lu2Ca Mg2Si3O12:Cr3+荧光粉的发射峰与植物的光敏色素吸收峰(PFR)具有较好的重合度,表明该荧光粉封装的光源可作为植物的补光灯,在农业领域具有潜在的应用前景。(2)采用水热法制备了Na3X2Li3F12:Cr3+(X=Al,Ga,In)石榴石结构氟化物近红外荧光粉。所制备的Na3X2Li3F12:Cr3+(X=Al,Ga,In)荧光粉形貌规则、分散性良好。在蓝光激发下,三种荧光粉分别呈现以752、764、778 nm为中心,半峰宽为101、117、121 nm的宽带发射,内量子产率(IQE)和外量子效率(EQE)分别为41.9%、48.7%、87.2%和3.12%、7.79%、20.05%。在三种荧光粉中,Na3Al2Li3F12:Cr3+的热稳定性最高(423 K时发射强度为室温的83%);Na3In2Li3F12:Cr3+具有最高的发射强度和最强的电子-声子相互作用。利用三种荧光粉封装的NIR pc-LED器件在350 m A电流下,近红外输出功率和光电转换效率分别为36.8 m W、107.32 m W、149 m W和3.5%、10.1%、14.3%。利用Na3In2Li3F12:Cr3+荧光粉封装的大功率NIR pc-LED器件对生物组织具有较高的穿透性,表明此系列荧光粉在生物医学领域具有较大的应用潜力。
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