【摘 要】
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800 nm附近的宽带近红外光在食品检测和夜视监控中有着广阔的应用前景。相较于近红外芯片,近红外荧光粉具有成本较低、合成工艺成熟、可组合调谐等优点。然而,目前近红外荧光
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800 nm附近的宽带近红外光在食品检测和夜视监控中有着广阔的应用前景。相较于近红外芯片,近红外荧光粉具有成本较低、合成工艺成熟、可组合调谐等优点。然而,目前近红外荧光粉普遍存在半波宽窄、热稳定性差、发光强度弱等缺点。经典的石榴石结构具有良好的稳定性和丰富的多面体环境,这些特点为Cr3+的宽带发射提供了可能。因此我们尝试合成Cr3+掺杂石榴石结构宽带近红外荧光粉,并通过构建能量传递提高近红外荧光粉的发光强度。此外,基于石榴石结构的开放性和Cr3"易受环境影响的特点,试图通过成分替换来调节Cr3+的光谱性能。研究了 Ca2LuHf2Al3O12:Cr3+的发光性能。在 460 nm 的激发下,Ca2LuHf2Al3O12:0.03Cr3+的发射峰位于775 nm、半波宽为147nm。通过分析激发发射光谱以及发射强度与浓度的关系,分析Ca2LuHf2Al3O12中Cr3+浓度猝灭的原因是辐射再吸收和偶极子相互作用。发射光谱峰值波长随着Cr3+掺杂浓度发生红移,原因可以归结于辐射再吸收以及多极子相互作用。在460 nm的激发下,Ca2LuHf2Al3O12:0.03Cr3+在150℃时的发光强度为室温下的80.29%,热稳定性能良好。通过构建Ce3+-Cr3+能量传递提高Cr3+的近红外发光强度。在405 nm的激发下,Ca2LuHf2Al3O12:0.03Ce3+,0.03Cr3+的发光强度较 Ca2LuHf2Al3012:0.03Ce3+提高了近三倍。对比了 Ca2LuHf2Al3012:Ce3+的发射光谱和Ca2LuHf2Al3O12:Cr3+激发光谱,同时测试 Ca2LuHf2Al3O12:xCr3+,0.03Ce3+(x=0.01～0.07)中 Ce3+在 485 nm 处的荧光寿命随 Cr3+掺杂浓度的变化,证明在Ca2LuHf2Al3012:Ce3+,Cr3+中Ce3+将能量传递给Cr3+。根据Dexter理论,通过分析发射强度和浓度的比值关系判断Ce3+-Cr3+之间能量传递属于四极子-四极子相互作用。当温度为150℃时,Ca2LuHf2Al3O12:0.03Ce3+,0.03Cr3+的发光强度为室温下发光强度的55.58%。基于石榴石结构的开放性,在Ca2LuHf2Al3O12的基础上进行成分替换调控Cr3+光谱性能。合成了 Ca2AHf2Al3012:0.03Cr3+(A=La,Gd,Y,Lu)系列荧光粉,在460nm的激发下,由Lu至La发射光谱从775 nm红移至800nm。Ca2AHf2Al3O12:0.03Cr3+(A=La,Gd,Y,Lu)的精修结果表明,由Lu至La的晶胞体积变大,Ca2AHf2Al3012中十二面体和八面体膨胀扩大。八面体扩大导致Cr3+所处的晶体场强度减小,在光谱中表现为发射光谱红移。通过双原子替代在Ca2LuHf2Al3O12的基础上合成了 Y3Sc2Al3O12:Cr3+、Lu3Sc2Al3012:Cr3+、Ca2LuSc2Ge2Al012:Cr3+和 Ca3Sc2Ge3O12:Cr3+系列荧光粉。在 460 nm的激发下,Y3Sc2Al3O12:0.03Cr3+和 Lu3Sc2Al3O12:0.03Cr3+发射出峰值位于 689 nm、半峰宽为30 nm的窄带光谱,Ca3Sc2Ge3O12:0.03Cr3+发射出峰值位于780 nm、半波宽为101 nm的宽带发射,Ca2LuSc2Ge2AlO12:0.03Cr3+发射出峰值位于805 nm、半波宽为153 nm的宽带发射。
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