【摘 要】
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近红外光谱技术因具有高灵敏度、非侵入性、无损和响应快速等特点,在生物医学、防伪、光学测温、食品检测、环境监测等领域的应用越来越广泛。但目前大多数商用的近红外光源存在半高宽发射光谱窄、热稳定性差等问题,这极大的限制了近红外发光材料的广泛应用。过渡金属离子Ni2+和Cr3+的d-d跃迁对局部环境更敏感,表现为强烈的宽带发射和可调谐的发射波长,因此常被用做近红外发射荧光粉的激活剂。双钙钛矿型A2Mg W
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近红外光谱技术因具有高灵敏度、非侵入性、无损和响应快速等特点,在生物医学、防伪、光学测温、食品检测、环境监测等领域的应用越来越广泛。但目前大多数商用的近红外光源存在半高宽发射光谱窄、热稳定性差等问题,这极大的限制了近红外发光材料的广泛应用。过渡金属离子Ni2+和Cr3+的d-d跃迁对局部环境更敏感,表现为强烈的宽带发射和可调谐的发射波长,因此常被用做近红外发射荧光粉的激活剂。双钙钛矿型A2Mg WO6（A=Ca、Ba、Sr）、黑钨矿AWO4（A=Mg、Zn）和硅酸盐Sr Cu Si4O10具有化学性质稳定、容易合成等特点,是良好的基质材料。本文主要以A2Mg WO6（A=Ca、Ba、Sr）、AWO4（A=Mg、Zn）、Sr Cu Si4O10为基质,研究了相应的离子掺杂对荧光粉的晶体结构和荧光性能的影响,研究结果如下:1、采用高温固相法合成了宽带发射的A2Mg WO6:x Ni2+（A=Ca、Ba、Sr）系列荧光粉,研究了Ni2+离子对其荧光性能的影响,探究了最佳的合成温度。结果表明,在A2Mg WO6:x Ni2+中,碱土金属A的选择对掺杂其中的Ni2+离子发射峰的位置有很大影响。当基质中的A为钙和钡时,Ni2+离子的发射主峰分别位于1500 nm和1635 nm处,半峰宽约为260 nm。Sr2Mg WO6:Ni2+在1346 nm和1435 nm处有强而宽的发射,两个发射峰覆盖了1200～1700 nm的波长范围。以上结果表明A2Mg WO6:x Ni2+（A=Ca、Ba、Sr）系列荧光粉弥补了目前近红外光源存在的发射光谱窄的缺点。2、合成了AWO4（A=Mg、Zn）系列荧光粉,研究了Cr3+、Yb3+的掺杂和电荷补偿剂对其晶体结构和发光性能的影响。AWO4:x Cr3+的宽带近红外发射主峰位于975 nm附近,半峰宽为179 nm,Cr3+的最佳掺杂量为0.01。Mg0.99WO4:0.01Cr3+的最佳电荷补偿剂为Li+,Li+的加入使荧光粉的发光强度提升为原来的1.7倍。Zn0.99WO4:0.01Cr3+的最佳电荷补偿剂为K+,K+的加入使荧光粉的发光强度提升为原来的1.1倍。在A0.99-xWO4:0.01Cr3+、x Yb3+系列荧光粉中,Cr3+对Yb3+存在明显的能量传递,单掺Yb3+在AWO4基质中几乎观测不到近红外发射。在Mg0.99-xWO4:0.01Cr3+、x Yb3+中,当Yb3+的掺杂量x=0.05时,Yb3+的荧光强度达到最大值。在Zn0.99-xWO4:0.01Cr3+、x Yb3+中,当Yb3+的掺杂量x=0.1时,Yb3+的荧光强度达到最大值。3、采用高温固相法合成了Sr1-xBaxCu Si4O10（x=0、0.01、0.03、0.05、0.1）和Sr1-xZnxCu Si4O10（x=0、0.005、0.01、0.05、0.1）系列的宽带近红外发射荧光粉。探究了Ba2+离子和Zn2+离子的引入对其晶体结构和发光性能的影响。Ba2+离子的引入使Sr Cu Si4O10荧光粉的发射波长红移,在625 nm波长的激发下,x=0时发射峰的位置为920 nm,x=0.1时发射峰的位置为956 nm。Zn2+离子的引入使Sr Cu Si4O10荧光粉的荧光强度增强,当x=0.1时,Sr1-xZnxCu Si4O10的荧光强度约为x=0时的1.3倍。
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