本發(fā)明光轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域，具體涉及一種過渡金屬離子的寬頻帶深紅色光轉(zhuǎn)換材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)波長(zhǎng)紅光(又可稱深紅光)轉(zhuǎn)換材料在太能電池增效、防偽、LED照明等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。過渡金屬離子是一類很好的光轉(zhuǎn)換中心離子。很多過渡金屬離子中的電子都具有d-d躍遷，這種從高能級(jí)到低能級(jí)躍遷在能量上有可能落在可見光區(qū)或近紅外區(qū)內(nèi)，為各種轉(zhuǎn)光材料的實(shí)現(xiàn)提供了可能。與稀土離子相比，過渡金屬離子具有成本低，光譜可調(diào)性強(qiáng)，從而十分有利于各種光轉(zhuǎn)換材料的開發(fā)。

過渡離子Cr³⁺的電子組態(tài)是[Ar]3d³，3d電子在外層，對(duì)晶體環(huán)境十分敏感。處于八面體配位場(chǎng)Cr³⁺離子通常具有良好的發(fā)光性能。摻雜過渡金屬Cr³⁺的發(fā)光性質(zhì)已被廣泛的研究，無論是固體可調(diào)諧激光材料還是近紅外長(zhǎng)余輝材料，Cr³⁺摻雜的發(fā)光與光轉(zhuǎn)換材料都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，傳統(tǒng)的基于Cr³⁺離子的發(fā)光多為鋁酸鹽、鎵酸鹽或鍺酸鹽。例如，美國(guó)專利US2010/0045163A1就公布了Cr³⁺摻雜A₂O₃的紅光轉(zhuǎn)換材料。美國(guó)專利US2012/0193578A1和2012/0261617A1還分別公布了Cr³⁺摻雜Zn₃Ga₂Ge₄O₁₄和LiGa₅O₈近紅外長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。采用鋁酸鹽為轉(zhuǎn)光材料基質(zhì)時(shí)，合成溫度高，產(chǎn)品控制困難。當(dāng)用鎵酸鹽或鍺酸鹽作為基質(zhì)時(shí)，則大大提高了材料成本。

為此，本發(fā)明通過尋找合適的基質(zhì)材料，研發(fā)出一種低成本且其合成工藝穩(wěn)定可控的深紅色轉(zhuǎn)光材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種室溫下能在紫外到可見寬波段范圍均能激發(fā)的寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料及其制備方法。本發(fā)明的材料激發(fā)波長(zhǎng)在275nm～700nm范圍，轉(zhuǎn)換后發(fā)射波長(zhǎng)在650nm～850nm范圍，發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)在726nm，表明該轉(zhuǎn)光材料可將275nm～700nm寬波段范圍的照射(激發(fā))光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)在650nm～850nm范圍的深紅光。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料，分子式為L(zhǎng)i₂MgTiO₄：xCr，其中0.003≤x≤0.015，最佳濃度為x＝0.008。本發(fā)明的深紅光轉(zhuǎn)換材料基質(zhì)為L(zhǎng)i₂MgTiO₄，發(fā)光中心為Cr³⁺離子。

上述的寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料的制備方法，采用高溫固相反應(yīng)法制備，包括如下步驟：

按寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料分子式的組成配比，稱取Li、Mg、Ti、Cr的氧化物或相應(yīng)的鹽類，充分研磨混合后，在900～1000℃預(yù)燒2～4小時(shí)，將預(yù)燒后的半成品再次研磨，于1200～1350℃煅燒2～3小時(shí)，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的深紅光轉(zhuǎn)換材料具有極寬的激發(fā)帶，激發(fā)帶從275nm一直延續(xù)到700nm，覆蓋了紫外到可見光的紅光區(qū)，表明這類材料可對(duì)對(duì)275nm到700nm范圍的照射(激發(fā))光進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。

(2)本發(fā)明的深紅光轉(zhuǎn)換材料在室溫下可將照射(激發(fā))光轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)的深紅色寬帶發(fā)光，其發(fā)射帶處于在650nm‐850nm范圍，應(yīng)用范圍極廣，與各種硅基光電子器件具有很好的光譜匹配特性，可用于LED照明、光電探測(cè)、太陽能電池增效及防偽等領(lǐng)域。

(3)本發(fā)明的深紅光轉(zhuǎn)換材料性能穩(wěn)定，原料成本低，合成溫度低，能耗較小，操作簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所制備的Li₂MgTiO₄：0.008Cr光轉(zhuǎn)換材料的XRD圖。

圖2為實(shí)施例1所制備的Li₂MgTiO₄：0.008Cr光轉(zhuǎn)換材料室溫下的激發(fā)光譜圖。

圖3為實(shí)施例1所制備的Li₂MgTiO₄：0.008Cr光轉(zhuǎn)換材料室溫下的發(fā)射光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。

實(shí)施例1

分子式為L(zhǎng)i₂MgTiO₄：0.008Cr的深紅光轉(zhuǎn)換材料

稱取Li₂CO₃ 3.695g、MgO 2.015g、TiO₂ 3.993g、Cr₂O₃ 0.03g，充分混合研磨20-30分鐘，在900℃預(yù)燒4小時(shí)，然后將其再次研磨20～30分鐘，于1350℃煅燒2小時(shí)，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料。

圖1為該光轉(zhuǎn)換材料的XRD圖，顯示所制備的材料為立方結(jié)構(gòu)的單一相多晶體。圖2為該材料的激發(fā)光譜，可以看出該材料可對(duì)275nm到700nm范圍的光都能進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。圖3為的發(fā)射光譜圖，表明該材料能將照射(激發(fā))光能轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)650nm-850nm范圍的深紅光。實(shí)施例2

分子式為L(zhǎng)iMgTiO₄：0.005Cr的深紅光轉(zhuǎn)換材料

稱取Li₂CO₃ 3.695g、MgCO₃ 4022g、TiO₂ 3.993g、Cr₂O₃ 0.019g，充分混合研磨20-30分鐘，在1000℃預(yù)燒3小時(shí)，然后將其再次研磨20～30分鐘，于1300℃煅燒2小時(shí)，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料。

實(shí)施例3

分子式為L(zhǎng)i₂MgTiO₄：0.012Cr的深紅光轉(zhuǎn)換材料

稱取Li₂CO₃ 3.695g、MgO 2.015g、TiO₂ 3.993g、CrCl₃·6H2O 0.16g，充分混合研磨20-30分鐘，在1000℃預(yù)燒2小時(shí)，然后將其再次研磨20～30分鐘，于1250℃煅燒3小時(shí)，自然冷卻，研磨粉碎即得寬頻帶深紅光轉(zhuǎn)換材料。