[发明专利]植物照明灯用新型红色荧光材料及制备方法

说明书

本发明提供一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料及制备方法，晶体结构为三角晶系，化学式为Li₂MgMn_xZr_1‑xO₄，激活离子为Mn⁴⁺离子，组分配比为Li：Mg：Zr：Mn=2：1：（1 ‑ x）：x，其中0.001 ≤ x ≤ 0.1。本发明还公开了此荧光材料的制备方法：准确称取含有锂的化合物、含有镁的化合物、含锆的化合物及含锰的化合物，研磨混匀后，在空气中控制温度450 ‑ 600℃预烧3 ‑ 10小时；再次研磨混匀，在空气中控制温度1150℃ ‑ 1400℃煅烧5 ‑ 20小时，随炉冷却至室温。本发明的荧光材料在220 ‑ 600 nm范围内具有宽紫外与蓝光吸收，能将紫外与蓝光高效转化为发光中心～670 nm范围为610 ‑ 790 nm的红光，此荧光材料制备工艺简单、成本低，在植物LED灯中具有应用前景。

技术领域

本发明涉及红色荧光材料领域，特别涉及一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料及其制备方法。

背景技术

光合作用是植物生长发育不可缺少的重要影响因素之一，通过光质特性来控制植株形态生长是设施栽培领域的一项重要技术。植物光合作用通常需要波长在400 - 720 nm范围的光线，其主要是通过叶绿素吸收440 - 480 nm蓝光或640 - 680 nm红光进行的，因此，蓝光和红光对于光合作用贡献最大。如：(1) 红光有促进菊花茎段生根、叶绿素形成、碳水化合物积累以及吸收和利用的作用；(2) 在快速繁殖过程中运用红光的植物生长灯补光对于促进各种植物的快速生根及提高种苗质量效果明显。

植物生长LED（发光二极管）灯是以LED作为光源，其光可替代植物生长规律需要的太阳光，为植物生长发育创造环境的一种灯具。具有如下特征：(1) 波长类型丰富，可以得到与植物光合成和光形态建成的光谱范围；(2) 频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱；(3) 可以集中特定波长的光均衡地照射作物；(4) 不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；(5) 系统占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了生产空间小型化；(6)强耐用性可降低运行成本。因此，植物生长LED灯适合应用于可控设施环境中的植物栽培，如：植物组织培养、设施园艺与工厂化育苗和航天生态生保系统等。

在激发波长为紫外至蓝光区域的光激发下，外层电子排布为d³结构的Mn⁴⁺离子可在红光区域（600 - 780 nm）内产生红色至深红色的发光，并可以用于制备红光LED。目前，Mn⁴⁺离子掺杂红色荧光粉研究已经被广泛地关注和报道，如：Mn⁴⁺离子掺杂铝酸盐荧光粉（Sr₂MgAl₂₂O₃₆:Mn⁴⁺和CaAl₂O₄:Mn⁴⁺等）、Mn⁴⁺离子掺杂氟化物荧光粉（K₂GeF₆:Mn⁴⁺和BaSiF₆:Mn⁴⁺等）、Mn⁴⁺离子掺杂钛酸盐荧光粉（LiGaTiO₄:Mn⁴⁺和Li₂TiO₃:Mn⁴⁺等）。本发明的四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料是一种新型Mn⁴⁺离子掺杂红色荧光粉，其发光性能表明：在植物生长红色LED灯中具有潜在的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植物LED灯用新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料，此荧光材料在紫外光和蓝光谱区具有吸收，在紫外至蓝光区域内的光激发下，发射覆盖610 - 790 nm 区间和发光中心在 ~ 670 nm红色光，此红色光满足植物生长红色LED要求，其荧光具有良好的抗热淬灭特性。