[发明专利]一种β-氧化镓结构近红外宽光谱荧光粉及其制备方法

说明书

本发明提供了一种β‑Ga₂O₃结构近红外宽光谱荧光粉及其制备方法，所述荧光粉的化学式表示为：Ga_2‑2a‑bM¹_aM²_aCr_bO₃，其中M¹元素选自Mg或Zn，M²元素选自Si、Ge、Zr或Hf；0.0001≤a≤0.5；0.0001≤b≤0.1。该荧光粉的激发光谱覆盖400‑500nm和550‑700nm波段，发射光谱覆盖600‑1200nm，半高宽可调，发光效率高，可满足宽光谱近红外LED器件发展的要求。该制备方法简单易于操作，易于量产、无污染。

技术领域

本发明涉及一种β-氧化镓(β-Ga₂O₃)结构近红外宽光谱荧光粉及其制备方法。

背景技术

基于荧光转换的近红外发光二极管(pc-NIR-LED)相比于传统近红外光源具有成本低、稳定性好、易于调控等优点，广泛应用于生物成像、食品质检、夜视监控等领域。尤其是700-1100nm波段，能够被廉价的硅探测器探测到，该波段对生物组织有很强的穿透性。同时，该波段覆盖食品中碳水化合物对特定波长的吸收峰值，可通过测量对特定波长的吸收度来确定其成分和含量，实现非接触式无损伤食品检测。此外，该波段的近红外光能够应用于夜视功能摄像机、AR/VR技术、血氧含量检测等。可见，pc-NIR-LED在现代智能器件、安防监控、食品安全等领域中扮演着越来越重要的角色。因而，开发出该波段覆盖率高、发光效率高和热性能优良的红外荧光转换材料具有重要意义。

近年来，具有高发光效率的Ga₂O₃:Cr³⁺材料体系(发射峰位于715nm)在农用方面实现了商用；台湾大学刘如熹团队采用Sc³⁺等价取代部分Ga³⁺开发出了Ga_2-xSc_xO₃:Cr³⁺(x＝0～1)固溶体材料(ACS Energy Lett.2021,6,109-114)，该材料的发射光谱在715-830nm范围内可调，且内量子效率达到90％；此外，本课题组采用In³⁺等价取代部分Ga³⁺开发出了Ga_2-xIn_xO₃:Cr³⁺(x＝0～0.5)固溶体材料(ACS Appl.Mater.Interfaces 2021,13,31835-31842)，该材料的发射光谱峰值波长在715-830nm范围内也可连续变化，且内量子效率均高于80％。然而，不管是Sc³⁺还是In³⁺取代该材料体系中的部分Ga³⁺，发射峰值波长均未突破830nm；且热稳定性呈现急剧下降的趋势；光谱覆盖不足(半高宽小于150nm)；再者均使用了大量稀缺且价格昂贵的元素Sc、In。因而，从实用性和经济价值的角度评价，均不是理想的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种β-氧化镓(β-Ga₂O₃)结构近红外宽光谱荧光粉及其制备方法。该荧光粉的激发光谱覆盖400-500nm和550-700nm波段，发射光谱覆盖600-1200nm，半高宽可调，发光效率高，可满足宽光谱近红外LED器件发展的要求。该制备方法简单易于操作，易于量产、无污染。