CN107987829A - 一种植物生长用Mn4+掺杂的深红色荧光粉、其制备方法及LED植物生长灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉，其化学通式为(Li_1‑yM_y)₂(Ti_1‑zLn_z)O₃：xMn⁴⁺，其中M为碱土金属Na、K、Ru、Cs中的一种或多种元素；Ln为Si、Ge、Sn、Zr中的一种或多种元素，0＜x≤0.05，0＜y≤1，0＜z≤0.3。本发明还提供一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法。本发明还提供一种LED植物生长灯。该植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉弥补现有LED植物生长灯在深红和远红光谱范围内的缺失，起到缩短植物生长周期，促进植物健康快速生长的作用。

Description

一种植物生长用Mn4+掺杂的深红色荧光粉、其制备方法及LED 植物生长灯

技术领域

本发明涉及荧光粉领域，具体涉及一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉、其制备方法及LED植物生长灯。

背景技术

根据研究，当温室内床面上光照日总量小于100W/m²时，或日照时数不足4.5h/天时，就应该进行人工补光。一般叶菜类作为的光补偿点约为2000lx，果菜类作物还要更高些。而南方地区冬、春季的连绵阴雨天里，温室内的光强度只有2000lx左右，导致作为生长受抑。尤其是在蔬菜商品化育苗中，光照不足会影响到幼苗的健壮生长，从而影响商品苗的质量和经济价值，因此有必要进行人工补光。目前，植物补光主要采用的是含有红外和远红外光谱的荧光灯，但这种方式产热量大，光能利用率低，直接影响经济效益的提高。随着温室产业的发展和生产水平的提高，进行温室合理补光以及降低补光成本的研究已显得越来越重要。

由文献调研可知高等绿色植物对光的需求是有选择性的。用富含红光的光源照射下，植物的发育明显加速，引起植物较早开花、结实。同时可促进植物体内干物质的累积，促使鳞茎、块根、叶球以及其他植物器官的形成。在蓝光作用下，促进幼苗茎增粗，调节气孔开放，促进细胞膜透性及细胞质环流。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉，弥补现有LED植物生长灯在深红和远红光谱范围内的缺失，起到缩短植物生长周期，促进植物健康快速生长的作用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉，其化学通式为(Li_1-yM_y)₂(Ti_1-zLn_z)O₃：xMn⁴⁺，其中M为碱土金属Na、K、Ru、Cs中的一种或多种元素；Ln为Si、Ge、Sn、Zr中的一种或多种元素，0＜x≤0.05，0＜y≤1，0＜z≤0.3。

作为优选，所述深红色荧光粉能被300纳米-550纳米波长范围内的光激发，发射出650纳米-750纳米的远红光，中心波长位于680纳米。

本发明的第二个目的是提供一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法。

一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将分析纯的粉末原料按摩尔配比称量后，加入3-5毫升乙醇，研磨30-120分钟，使粉末原料混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)所得混合物在温度为950-1150摄氏度的环境下通入氧化气氛，保温2-8小时使混合物发生固相反应，最后随炉冷却获得植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉。

作为优选，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为Li₂CO₃、TiO₂和MnCO₃，按照Li⁺：Ti⁴⁺：Mn²⁺＝2：1：0.01摩尔配比称量。

作为优选，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为K₂CO₃、TiO₂、SnO₂和MnCO₃，按照K⁺：Ti⁴⁺：Sn⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.8：0.2：0.01摩尔配比称量。

作为优选，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为Cs₂CO₃、TiO₂、GeO₂和MnCO₃，按照Cs⁺：Ti⁴⁺：Ge⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.9：0.1：0.01摩尔配比称量。

作为优选，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为Li₂CO₃、TiO₂、GeO₂、SnO₂和MnCO₃，按照Li⁺：Ti⁴⁺：Ge⁴⁺：Sn⁴⁺：Ge⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.85：0.1：0.05：0.01摩尔配比称量。

本发明的第三个目的是提供一种LED植物生长灯。

一种LED植物生长灯，包括上述的深红色荧光粉。

作为优选，所述LED植物生长灯还包括蓝光芯片，所述LED植物生长灯由蓝光芯片和深红色荧光粉封装而成。

作为优选，所述蓝光芯片为GaN基无机半导体LED晶粒，发射光谱主峰位于440纳米-460纳米。

本发明的有益效果是：

1.本发明的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉弥补现有LED植物生长灯在深红和远红光谱范围内的缺失，起到缩短植物生长周期，促进植物健康快速生长的作用；

2.本发明的LED植物生长灯具有光效高、能耗少、寿命长、制造简单、稳定性好等优点，能进行规模化生产，在提供植物正常生长所需要的光照条件上，其具有一定的推广实用价值；

3.由于LED波长类型丰富，正好与植物光合作用光谱范围吻合，通过按需要组合获得各种类型的复合光谱，集中特定波长的光均衡照射作物，能大大提高光谱的利用率，因此，本发明的LED植物生长灯能有效地促进植物健康快速生长；

4.由于LED系统发热少，所占空间小，因此，本发明的LED植物生长灯能用于多层栽培立体组合系统。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的X射线衍射图。

图2为本发明实施例1中得到的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的激发发射谱图；其中，激发波长为460纳米，监测的发射波长为680纳米。

图3为本发明实施例1中LED植物生长灯的电致发射光谱图。

图4为本发明实施例2中得到的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的激发发射谱图。

图5为本发明实施例3中得到的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的激发发射谱图。

图6为本发明实施例4中得到的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的X射线衍射图。

图7为本发明实施例4中得到的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的激发发射谱图。

具体实施方式

实施例1

一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将分析纯的原料粉末为Li₂CO₃、TiO₂和MnCO₃，按照Li⁺：Ti⁴⁺：Mn²⁺＝2：1：0.01摩尔配比称量后置于玛瑙研钵中，加入3毫升乙醇，研磨35分钟，使粉末原料混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)所得混合物置于方形坩埚中，放入管式炉中加热到温度为1050摄氏度，通入氧化气氛，保温2小时使混合物发生固相反应，最后随炉冷却获得植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉。

步骤(2)中的氧化气氛为氧气。

如图1所示，根据X射线分析结果，获得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉为纯相Li₂TiO₃。

如图2所示，用FLS980应该光谱仪测量其室温下激发和发射谱，在460纳米激发下，植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉显示出Mn⁴⁺特征的尖锐²E_g→⁴A_2g深红光发射峰。

将制得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉与蓝光芯片直接封装制得LED植物生长灯，其电致发射光谱如图3所示。

实施例2

一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将分析纯的原料粉末K₂CO₃、TiO₂、SnO₂和MnCO₃，按照K⁺：Ti⁴⁺：Sn⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.8：0.2：0.01摩尔配比称量后置于玛瑙研钵中，加入5毫升乙醇，研磨35分钟，使粉末原料混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)所得混合物置于方形坩埚中，放入管式炉中加热到温度为1050摄氏度，通入氧化气氛，保温2小时使混合物发生固相反应，最后随炉冷却获得植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉。

步骤(2)中的氧化气氛为氧气。

根据X射线分析结果，获得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉为纯相K₂TiO₃。

如图4所示，用FLS980应该光谱仪测量其室温下激发和发射谱，在460纳米激发下，植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉显示出Mn⁴⁺特征的尖锐深红光发射峰。

将制得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉与蓝光芯片直接封装制得LED植物生长灯。

实施例3

一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将分析纯的原料粉末为Cs₂CO₃、TiO₂、GeO₂和MnCO₃，按照Cs⁺：Ti⁴⁺：Ge⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.9：0.1：0.01摩尔配比称量后置于玛瑙研钵中，加入4毫升乙醇，研磨35分钟，使粉末原料混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)所得混合物置于方形坩埚中，放入管式炉中加热到温度为1050摄氏度，通入氧化气氛，保温2小时使混合物发生固相反应，最后随炉冷却获得植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉。

步骤(2)中的氧化气氛为氧气。

根据X射线分析结果，获得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉为纯相Cs₂TiO₃。

如图5所示，用FLS980应该光谱仪测量其室温下激发和发射谱，在460纳米激发下，植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉显示出Mn⁴⁺特征的尖锐深红光发射峰。

将制得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉与蓝光芯片直接封装制得LED植物生长灯。

实施例4

一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将分析纯的原料粉末为Li₂CO₃、TiO₂、GeO₂、SnO₂和MnCO₃，按照Li⁺：Ti⁴⁺：Ge⁴⁺：Sn^{4 +}：Ge⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.85：0.1：0.05：0.01摩尔配比称量后置于玛瑙研钵中，加入3毫升乙醇，研磨35分钟，使粉末原料混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)所得混合物置于方形坩埚中，放入管式炉中加热到温度为1050摄氏度，通入氧化气氛，保温2小时使混合物发生固相反应，最后随炉冷却获得植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉。

步骤(2)中的氧化气氛为氧气。

如图6所示，根据X射线分析结果，获得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉为纯相Li₂TiO₃。

如图7所示，用FLS980应该光谱仪测量其室温下激发和发射谱，在460纳米激发下，植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉显示出Mn⁴⁺特征的尖锐红光发射峰。

将制得的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉与蓝光芯片直接封装制得LED植物生长灯。

Claims (10)

1.一种植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉，其特征在于，其化学通式为(Li_1-yM_y)₂(Ti_1-zLn_z)O₃：xMn⁴⁺，其中M为碱土金属Na、K、Ru、Cs中的一种或多种元素；Ln为Si、Ge、Sn、Zr中的一种或多种元素，0＜x≤0.05，0＜y≤1，0＜z≤0.3。

2.根据权利要求1所述的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉，其特征在于，所述深红色荧光粉能被300纳米-550纳米波长范围内的光激发，发射出650纳米-750纳米的远红光，中心波长位于680纳米。

3.根据权利要求1所述的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将分析纯的粉末原料按摩尔配比称量后，加入3-5毫升乙醇，研磨30-120分钟，使粉末原料混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)所得混合物在温度为950-1150摄氏度的环境下通入氧化气氛，保温2-8小时使混合物发生固相反应，最后随炉冷却获得植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉。

4.根据权利要求3所述的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为Li₂CO₃、TiO₂和MnCO₃，按照Li⁺：Ti⁴⁺：Mn²⁺＝2：1：0.01摩尔配比称量。

5.根据权利要求3所述的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为K₂CO₃、TiO₂、SnO₂和MnCO₃，按照K⁺：Ti⁴⁺：Sn⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.8：0.2：0.01摩尔配比称量。

6.根据权利要求3所述的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为Cs₂CO₃、TiO₂、GeO₂和MnCO₃，按照Cs⁺：Ti⁴⁺：Ge⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.9：0.1：0.01摩尔配比称量。

7.根据权利要求3所述的植物生长用Mn⁴⁺掺杂的深红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中分析纯的原料粉末为Li₂CO₃、TiO₂、GeO₂、SnO₂和MnCO₃，按照Li⁺：Ti⁴⁺：Ge⁴⁺：Sn⁴⁺：Ge⁴⁺：Mn²⁺＝2：0.85：0.1：0.05：0.01摩尔配比称量。

8.一种LED植物生长灯，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的深红色荧光粉。

9.根据权利要求8所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述LED植物生长灯还包括蓝光芯片，所述LED植物生长灯由蓝光芯片和深红色荧光粉封装而成。

10.根据权利要求9所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述蓝光芯片为GaN基无机半导体LED晶粒，发射光谱主峰位于440纳米-460纳米。