夏侯俊卿1， 徐斯怡1， 刘祥雨1， 谢文龙2， 蔡雁美1， 刘易水1， 徐洁宇1，曹立3， 朱 琦3， 刘宗明1
1. 济南大学 材料科学与工程学院， 山东 济南 250022；
2. 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司， 辽宁 沈阳 110043；
3. 东北大学 材料科学与工程学院， 辽宁 沈阳 110819
夏侯俊卿， 徐斯怡， 刘祥雨， 等. Mg2+、Zr4+共掺ZnGa2O4∶Cr3+基近红外长余辉荧光材料的结构及性能调控［J］. 中国粉体技术， 2025， 31（5）： 1-12.
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DOI：10.13732/j.issn.1008-5548.2025.05.010
收稿日期：2025-01-08，修回日期：2025-05-12，上线日期：2025-06-12。
基金项目：国家自然科学基金项目，编号 ：52371057。
第一作者简介：夏侯俊卿（1992—），男，博士，研究方向为光功能材料。E-mail：mse_xiahoujq@ujn. edu. cn。
通信作者简介： 朱琦（1983—）， 男， 教授，博导，研究研究方向为功能陶瓷材料、腐蚀防护涂层、荧光防伪材料。E-mail：zhuq@smm. neu. edu. cn。
摘要：【目的】满足现代工程领域或防伪技术中无激发状态下的光学温度传感，提高近红外长余辉荧光材料的余辉和光学温感性能。【方法】采用高温固相法，在 ZnGa2O4∶Cr3+中掺杂 Mg2+、Zr4+，合成 ZnGa2-x（Mg-Zr）xO4∶Cr3+（x=0~0. 2，掺杂量，原子分数，下同）近红外长余辉荧光粉，系统分析不同Mg2+、Zr4+掺杂量对于ZnGa2O4体系物相结构、发光以及余辉性能的影响，并探究自然光充能的温度传感应用。【结果】 Mg2+、Zr4+掺杂量最高为10%，Mg2+、Zr掺杂量的提高造成晶粒增大，样品带隙逐渐增大；高温煅烧后，样品具有强的吸收可见光能力；Mg2+、Zr4+的掺杂有利于反位缺陷的产生，基质中缺陷增多，导致发射光中 R 线发射及其斯托克斯和反斯托克斯声子边带逐渐减弱，N 线发射逐渐增强；Mg2+、Zr4+的掺杂量过高时， Cr3+与缺陷之间的能量传递增多，无辐射跃迁增多，造成一定能量损失，导致发光减弱；随着Mg2+、Zr4+掺杂量的增加，样品余辉呈现先增加后减小的趋势，x=0. 05的样品发光和余辉效果最好；在黑暗条件下，荧光粉随着温度提升，展现出增强的近红外余辉。【结论】 Mg2+、Zr4+掺杂能提升近红外长余辉荧光粉的余辉性能，制备的荧光粉具有温度依赖性的长余辉性能，可以对自然光进行充能并释放近红外光，是潜在的用于温度传感的自然光可充能材料。
关键词：近红外发光； 长余辉荧光材料； 光学温度传感；性能调控
Objective To address the growing demands for excitation-free optical temperature sensing in modern engineering and anticounterfeiting technologies， it is crucial to improve the persistent luminescence and optical temperature-sensing performance of near-infrared（ NIR） long persistent luminescence phosphors， broadening their application scenarios.
Methods The ZnGa2-x（Mg-Zr）xO4∶Cr3+（ZGMZC， x=0-0. 2） NIR long persistent luminescence phosphors were synthesized via a high-temperature solid-state method by co-doping Mg2+and Zr4+into ZnGa2O4∶Cr3+ . A systematic analysis was conducted to investigate the effects of different Mg2+-Zr4+doping amounts on the phase structure， luminescence， and persistent luminescence performance of the ZnGa2O4 system. Moreover， the material’s potential for temperature sensing under natural light excitation
was explored.
Results and Discussion The maximum doping amount of Mg2+-Zr4+was 10%. An increase in Mg2+-Zr4+doping content was observed to enlarge the grain size while progressively widening the band gap. After high-temperature calcination， the samples exhibited strong capability for visible light absorption. The Mg2+-Zr4+doping facilitated the formation of anti-site defects， thereby increasing defects in the matrix. Consequently， the R-line emission and its Stokes and anti-Stokes phonon sidebands （PSB）gradually weakened in the emitted light， while the N-line emission gradually strengthened. However， excessive doping enhanced energy transfer between Cr3+and defects， which promoted more non-radiative transitions， causing energy loss and weakened luminescence. Furthermore， as the Mg2+-Zr4+doping amount rose， the sample's persistent luminescence initially increased and then decreased， with the x=0. 05 sample exhibiting the optimal luminescence performance. Under dark conditions， the NIR persistent luminescence of the phosphors was enhanced with increasing temperature.
Conclusion The persistent luminescence performance of NIR phosphors is significantly enhanced through Mg2+-Zr4+co-doping.The synthesized materials exhibit temperature-dependent long persistent luminescence characteristics， which can be effectively charged under natural light and subsequently emit NIR light. The properties indicate their potential as natural light rechargeable materials for optical temperature sensing.
Keywords：near-infrared luminescence； long persistent luminescence phosphors； optical temperature sensing； performance regulation
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