CN110358537A - 一种用于led植物生长灯的深红色荧光粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料，RX3(BO3)4:yCr；其中R为La、Lu、Gd、Y、Nd中至少一种，X为Al、Ga、Sc中至少一种，其中0.005≤y≤0.2。该荧光粉材料以下述物质为原料：Cr的含氧化合物，La、Lu、Gd、Y、Nd、Al、Ga、Sc的含氧化合物，H3BO3、B2O3中的一种，将原料直接混合均匀后灼烧，或者添加反应助熔剂，并将原料和助熔剂充分混合均匀，将上述混合物灼烧；灼烧产物经后处理过程，即制作成荧光粉材料。本发明提供一种化学性质稳定、发光性能优良的荧光粉材料，可被蓝光(380‑500nm)有效激发，发射650nm～900nm范围的深红及近红外光。该荧光粉材料的方法简单、易于操作，无污染、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及固体发光材料技术领域，尤其涉及一种可用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料及其制备方法。
背景技术
光合作用是植物生长和发育必不可少的条件之一。研究表明，绿色植物对可见光的吸收谱基本相同，主要集中在400-500nm的紫蓝区和600nm-800nm的橙红区。深蓝光(450nm)和红光(660nm)可以促进光合作用，深红光(730nm)能控制植物形态，提高叶菜生物量。因此，蓝光、红光和深红光对植物的生长发育和开花结果具有重要作用。太阳光中橙红光的含量相对较少，另外温室大棚内蔬菜，花卉等经济作物受季节及恶劣天气影响十分显著，光照不足对其生长有重要的减缓作用，这就需要有一定的光照来作为补充。现阶段，室内种植还主要采用荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和白炽灯等传统光源常作为植物生长灯。而这些光源的光谱都是连续型的复合光，各类光的比例不能调节，且普遍缺乏700-800nm的深红区，因此与植物生长所需要的光不匹配，导致部分光能损失、促进植物生长的效率低。
随着白光LED技术快速发展和日趋成熟来的规模化效应和成本优势，采用蓝光芯片激发荧光粉获得的LED植物生长灯，光谱丰富且可调，可与植物生长所需的光匹配。同时，蓝光芯片具有发热小，体积小，功率高，成本较低等优点，这种荧光转换型LED植物生长灯还可以满足低热负荷和生产空间小型化等需求，具有广阔的应用前景。目前市场上具有700nm-800nm宽谱发射的发光材料还相对较少，并且还没有波峰在植物光敏色素(Pfr＝730nm)附近的宽波段深红色荧光粉，因此开发出宽波段，无毒而且价格适中的深红色荧光粉并且制备合适的植物生长灯，对我国的高效绿色农业发展有十分重要的意义。
发明内容
技术问题：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种化学性质稳定、发光性能优良的用于LED植物生长灯的荧光粉材料，可被蓝光(380nm～500nm)有效激发，发射波峰在730nm附近的650nm～900nm范围的深红及近红外光。
本发明的另一目的是提供一种制备该荧光粉材料的方法，该方法简单、易于操作，无污染、成本低。
技术方案：本发明是一种用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料，该荧光粉的化学表达式为：
RX3(BO3)4:yCr；
其中R为La、Lu、Gd、Y、Nd中的一种或多种的组合，X为Al、Ga、Sc中的一种或多种的组合，其中0.005≤y≤0.2。
本发明的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法包括下述步骤：
步骤1：分别以下述物质为原料：
Cr的含氧化合物，La、Lu、Gd、Y、Nd中的一种或多种的组合，Al、Ga、Sc的含氧化合物中的一种或多种的组合，H3BO3、B2O3中的一种，并按照所述荧光粉材料的化学组成及化学剂量比称取相应原料；
步骤2：将上述原料直接混合均匀后灼烧，或者添加反应助熔剂，并将原料和助熔剂充分混合均匀，将上述混合物灼烧；
步骤3：灼烧产物经后处理过程，即制作成本发明的深红色荧光粉材料。
其中：
所述的步骤1中H3BO3或B2O3的过量质量百分比为0％～100％。
所述的步骤2中助熔剂为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属碳酸盐、硫酸盐、铵的卤化物、(NH4)2SO4或Al的卤化物中的至少一种。
所述的步骤2中助熔剂的用量为合成原料重量比的0.5％～10％。
所述的步骤2中灼烧温度在600℃～1600℃，灼烧时间1h～40h，灼烧次数为至少一次，灼烧气氛为空气、氧气、氮气、氩气中的至少一种。
所述的步骤3中后处理过程为将焙烧产物研磨，洗涤1次～3次，过滤后烘干；其中烘干温度80℃～150℃。
本发明的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料用于制作给植物光敏色素提供光源。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
1.本发明材料基质非常稳定，它经过加热、水泡等过程，荧光粉发光强度基本不变；
2.荧光粉激发范围宽，可被380-500nm及520nm-650nm范围的光激发，发射650-900nm范围的深红及近红外光。
3.该荧光粉的制备方法简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明实施例1的激发和发射光谱；
图2为本发明实施例2的激发光谱，监控波长为720nm；
图3为本发明实施例2的发射光谱，激发光波长为450nm；
图4为本发明实施例3的激发光谱，监控波长为720nm；
图5为本发明实施例3的发射光谱，激发光波长为450nm。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例1：
称取原料Y2O3 0.005摩尔，Al2O3 0.0144摩尔，H3BO3 0.056摩尔，Cr2O3 0.0006摩尔。将原料充分混合后，在空气中于1250℃下烧结10h。生成的产物经过充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，80℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱如附图1所示。
实施例2：
称取原料Gd2O3 0.005摩尔，Al2O3 0.0144摩尔，H3BO3 0.056摩尔，Cr2O3 0.0006摩尔，称取原料重量1％的AlF3作为助熔剂。将原料及助熔剂充分混合后，在空气中于1200℃下烧结5h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1200℃下进行二次灼烧10h。将生成的产物经过研磨后，采用去离子水洗涤3次，100℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱如附图2、3所示。
实施例3：
称取原料Lu2O3 0.005摩尔，Al2O3 0.0144摩尔，H3BO3 0.056摩尔，Cr2O3 0.0006摩尔，称取原料重量5％的AlF3作为助熔剂。将原料及助熔剂充分混合后，在空气中于1200℃下烧结20h。焙烧产物充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，120℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱如附图4、5所示。
实施例4：
称取原料La2O3 0.005摩尔，Sc2O3 0.01395摩尔，H3BO3 0.042摩尔，Cr2O3 0.00105摩尔，称取原料重量2％的LiF作为助熔剂。将原料及助熔剂充分混合后，在空气中于1100℃下烧结40h。焙烧产物充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，120℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例1接近。
实施例5：
称取原料Y2O3 0.005摩尔，Ga2O3 0.0135摩尔，H3BO3 0.07摩尔，Cr2O3 0.0015摩尔。将原料充分混合后，在空气中于1300℃下烧结5h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1300℃下进行二次灼烧5h。将生成的产物经过研磨后，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例1接近。
实施例6：
称取原料Nd2O3 0.005摩尔，Al2O3 0.0147摩尔，H3BO3 0.014摩尔，Cr2O3 0.0003摩尔，称取原料重量0.5％的Li2CO3作为助熔剂。将原料及助熔剂充分混合后，在空气中于750℃下烧结2h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1200℃下进行二次灼烧20h。将生成的产物经过研磨后，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例1接近。
实施例7：
称取原料Y2O3 0.005摩尔，Al2O3 0.0141摩尔，B2O3 0.084摩尔，Cr2O3 0.009摩尔。将原料充分混合后，在空气中于750℃下烧结2h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1300℃下进行二次灼烧10h。将生成的产物经过研磨后，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例1接近。
实施例8：
称取原料Gd2O3 0.005摩尔，Al2O3 0.0144摩尔，B2O3 0.056摩尔，Cr2O3 0.0006摩尔。将原料充分混合后，在空气中于1100℃下烧结2h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1100℃下进行二次灼烧40h。将生成的产物经过研磨后，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例2接近。
实施例9：
称取原料Y2O3 0.00625摩尔Sc2O3 0.01875摩尔，H3BO3 0.0625摩尔，Cr2O3 0.00025摩尔。将原料充分混合后，在空气中于1250℃下烧结3h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1250℃下进行二次灼烧4h。焙烧产物充分研磨后，在空气中于1250℃下进行三次灼烧4h，生成的产物经过充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，80℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例1接近。
实施例10：
称取原料Gd2O3 0.00625摩尔Ga2O3 0.01875摩尔，B2O3 0.0625摩尔，Cr2O3 0.00025摩尔。将原料充分混合后，在空气中于1300℃下烧结3h。生成的产物经过充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，80℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例2接近。
实施例11：
称取原料Lu2O3 0.00625摩尔Ga2O3 0.01875摩尔，B2O3 0.0875摩尔，Cr2O3 0.0005摩尔。将原料充分混合后，在空气中于1300℃下烧结5h。生成的产物经过充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，100℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例3接近。
实施例12：
称取原料La2O3 0.00625摩尔Al2O3 0.01875摩尔，B2O3 0.01摩尔，Cr2O3 0.00025摩尔，称取原料重量1％的BaF2作为助熔剂。将原料及助熔剂充分混合后，在空气中于1100℃下烧结10h。焙烧产物充分研磨后，采用去离子水洗涤3次，120℃下烘干，即得到本发明的深红色荧光粉。该实施例的激发光谱和发射光谱与实施例1接近。
其中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料，其特征在于该荧光粉的化学表达式为：
RX3(BO3)4:yCr；
其中R为La、Lu、Gd、Y、Nd中的一种或多种的组合，X为Al、Ga、Sc中的一种或多种的组合，其中0.005≤y≤0.2。
2.一种如权利要求1所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法，
其特征在于：所述的该荧光粉的制备方法包括下述步骤：
步骤1：分别以下述物质为原料：
Cr的含氧化合物，La、Lu、Gd、Y、Nd中的一种或多种的组合，Al、Ga、Sc的含氧化合物中的一种或多种的组合，H3BO3、B2O3中的一种，并按照所述荧光粉材料的化学组成及化学剂量比称取相应原料；
步骤2：将上述原料直接混合均匀后灼烧，或者添加反应助熔剂，并将原料和助熔剂充分混合均匀，将上述混合物灼烧；
步骤3：灼烧产物经后处理过程，即制作成本发明的深红色荧光粉材料。
3.根据权利要求2所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中H3BO3或B2O3的过量质量百分比为0％～100％。
4.根据权利要求2所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中助熔剂为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属碳酸盐、硫酸盐、铵的卤化物、(NH4)2SO4或Al的卤化物中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中助熔剂的用量为合成原料重量比的0.5％～10％。
6.根据权利要求2所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中灼烧温度在600℃～1600℃，灼烧时间1h～40h，灼烧次数为至少一次，灼烧气氛为空气、氧气、氮气、氩气中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中后处理过程为将焙烧产物研磨，洗涤1次～3次，过滤后烘干；其中烘干温度80℃～150℃。
8.一种如权利要求1所述的用于LED植物生长灯的深红色荧光粉材料的应用，其特征在于：用于制作给植物光敏色素提供光源。
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