CN102709456B - 一种仿生态的植物生长补光led光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生态的植物生长补光LED光源领域，具体涉及LED植物生长光源是包括基板、LED晶片和透明胶体，LED晶片和透明胶体设在基板上，透明胶体包覆在LED晶片上，在透明胶体内均匀分布有彩色荧光粉，该光源是由同时发射蓝光和红光的LED组成，或由蓝紫光LED和红橙光LED组合而成，其发光光谱是位于380nm-500nm蓝紫光区和580nm-700nm的红橙光区，且发射峰位置可调，该光谱与植物的光合作用吸收光谱非常吻合，将封装好的LED组装成照明灯具用于农业，不仅能明显提高作物产量，而且能缩短作物生长周期、改善作物品质，且该光源具有节能、环保、耐用、使用寿命长等优点，具有巨大的应用价值和市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物生长补光光源，具体涉及一种仿生态的植物生长补光LED光源，属于农业照明技术领域，该光源能发射与植物光合作用光谱非常匹配的蓝紫光（380-480nm）和红橙光（620-680nm），具体是指一种用于促进植物生长，提高作物产量和品质的、仿生态的LED植物生长灯所用光源。
背景技术
随着人口的不断增加，有效耕地面积的不断减少，人类的粮食危机将有不断加剧趋势。近年，由于化肥使用过量，土地盐碱化问题不断呈现，以及全球气候变暖，使得农作物的增产速度逐年放缓，农作物产量基本上达到上限，已经无法满足人口增长的需要。
农作物生长靠光合作用，而光合作用依靠太阳光，由于冬春季节，太阳光严重不足，这不仅阻碍了农作物的生长速度，而且大多农作物的单产量也明显下降。为实现在冬春季节的农作物增产增收，各式各样的人工补光光源不断涌现。
在人工光源补光领域，目前主要是采用荧光灯和高压钠灯两种类型的灯作为光源对农作物的生长进行补光。但是，这两种光源不仅耗能高，不利于低碳经济，而且补光效率很低，因为这两种光源发射光的波长与植物光合作用生长所需的波长不吻合，补光作用不明显。
然而，一种冷光源（LED）于近年得到了迅猛发展。此LED光源不仅节能、环保、光谱丰富，而且发光强度灵活可控，目前为止，LED照明产品已经在背光源、路灯、商场等得到了广泛的推广与应用，随着向普通照明领域的渗透，LED光源的应用范围会越来越广泛，其中，LED光源在植物生长补光领域引起了人们的重大关注。比如，在少数发达国家和地区，像日本、丹麦、台湾、荷兰等，已初步取得了很好的应用效果。
但是，目前为止，市场上的LED植物补光光源基本是采用红光LED（640~660nm）和蓝光LED(450~465nm)组装而成，而其发射光谱特征与植物生长的光合作用光谱只能是小部分匹配。根据植物生长的光谱学研究结果，植物的光合作用所需的光谱集中在蓝紫光区（390~480nm）和红橙光区（620~680nm），是两个宽的光谱带。而市售的LED补光光源则是窄带光源，与植物生长所需的特征光谱不够吻合，而且实验结果证明，对促进植物生长，提高作物产量和改善作物品质的作用有限。因此，一种节能、环保、与植物光合作用所需光谱很好吻合的仿生态LED补光光源将具有非常重要的实际意义和应用价值，也将成为一个新的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能够发射出与植物光合作用的仿生态的植物生长补光LED光源。
本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：
一种仿生态的植物生长补光LED光源及其制备方法，其通过以下方式实现：
一种仿生态的植物生长补光LED光源，包括基板、LED晶片和透明胶体，LED晶片和透明胶体设在基板上，透明胶体包覆在LED晶片上，在透明胶体内均匀分布有彩色荧光粉，该彩色荧光粉是红色荧光粉，LED晶片所发出的光是黄光或蓝光或紫光；其中红色荧光粉照射后的光谱主峰为620~660nm，LED晶片所发出黄光的光谱主峰为560~600nm，LED晶片所发出蓝光的光谱主峰为420~465nm，LED晶片所发出紫光的光谱主峰为380~420nm。该植物生长补光LED光源为红橙光LED光源。
一种仿生态的植物生长补光LED光源，包括基板、LED晶片和透明胶体，LED晶片和透明胶体设在基板上，透明胶体包覆在LED晶片上，在透明胶体内均匀分布有彩色荧光粉，该彩色荧光粉是蓝色荧光粉，LED晶片所发出的光是紫光；其中蓝色荧光粉照射后的光谱主峰为420~460nm，LED晶片所发出紫光的光谱主峰为380~420nm。该植物生长补光LED光源为蓝紫光LED光源。
一种仿生态的植物生长补光LED光源，包括基板、LED晶片和透明胶体，LED晶片和透明胶体设在基板上，透明胶体包覆在LED晶片上，在透明胶体内均匀分布有彩色荧光粉，该彩色荧光粉是红色荧光粉和蓝色荧光粉，LED晶片所发出的光是紫光或蓝光；其中红色荧光粉照射后的光谱主峰为620~660nm，蓝色荧光粉照射后的光谱主峰为420~460nm，LED晶片所发出蓝光的光谱主峰为420~465nm，LED晶片所发出紫光的光谱主峰为380~420nm。该植物生长补光LED为蓝红LED光源。
红色荧光粉所指的荧光粉特征如下：
（1）二价铕激活的氮化物，其化学通式为（1-x-y-z）M3N2·xAlN·ySi3N4:zEu,RE，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg、Zn中的一种或多种，x、y、z皆不等于零,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
（2）二价铕激活的氮氧化物，其化学式为MSi2N2O2:Eu,RE，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg、Zn中的一种或多种,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
（3）二价铕激活的硫化物，其化学通式为（1-x-y-z-m）CaS·xBaS·yMgS·zSrS·mZnS:nEu,RE，其中0≤x、y、z、m、n≤1,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
（4）二价锰激活的复合氟氧化物，其化学通式为xMgF2·yMgO·zGeO2:nMn,RE，其中0＜x、y、z、n＜1,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Eu,Ag中的一种或多种。
所述的红色荧光粉还可以是上述（1）、（2）、（3）、（4）所述的荧光体的一种或多种组合。
蓝色荧光粉所指的荧光粉特征如下：
(1)二价铕激活的镁铝酸盐化合物，其化学通式为（1-x-y）BaO·xCaO·ySrO·mMgO·nAl2O3:zEu,RE，其中x、y皆不等于1，m、n、z皆不等于0,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
(2)二价铕激活的氟化物，其化学通式为（1-x-y-z-m）CaF2·xBaF2·yMgF2·zSrF2·mZnF2:nEu,RE，其中0≤x、y、z、m、n≤1,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
(3)二价铕激活的硅酸盐化合物，其化学通式为（1-x-y）CaO·xBaO·ySrO·zMgO·mSiO2·nAl2O3:aEu,RE，其中0≤x、y≤1，z、n为任意值，m、a不能等于0,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
所述的蓝色荧光粉还可以是上述（1）、（2）、（3）所述的荧光粉的一种或多种组合。
LED光源的具体封装流程如下：
A、检验晶片表面是否有缺陷；
B、用扩张机或手工对黏结的晶片的膜进行扩张；
C、在LED支架的响应位置上点胶；
D、自动装架，使点胶后的LED晶片装到相应的支架位置；
E、150~170℃烧结1~2h，使银胶固化；或150℃烧结1h，使绝缘胶固化；
F、通过压焊使电极引导LED晶片上；
G、将配好的荧光胶注入LED成型模腔内；
H、135℃条件下1h进行环氧固化；
I、120℃条件下4h进行环氧后固化；
J、用划片机完成封装后LED分离；
K、测试合格即完成封装。
将封装好的蓝紫光LED和红橙光LED光源按照1:10~10:1的比例或作为单色光源组装成灯具，红蓝LED光源直接组装成灯具，即可用于农业照明。
本发明的有益效果是：
该发明实现及封装的仿生态的植物生长补光LED光源，其发光光谱是位于380nm-500nm蓝光区和580nm-700nm的红光区，且发射峰位置可调，该光谱与植物的光合作用吸收光谱非常吻合，将封装好的LED组装成照明灯具用于农作物生长补光，可以使作物根茎粗大、枝叶茂盛、果实饱满，不仅能明显提高作物产量，而且能缩短作物生长周期、改善作物品质。是一种具有巨大应用价值和应用前景的仿生态LED植物生长光源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的蓝紫光LED光源的发射光谱图；
图3是本发明的红光LED光源的发射光谱图。
图中：1基板，2LED晶片，3透明胶体，4彩色荧光粉。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1
荧光粉CaAlSiN3:0.8%Eu的生产制备
依据分子式CaAlSiN3:0.8%Eu，按照其化学计量比准确称量原料（Ca3N2、AlN、Si3N4、EuN），然后加入合适的助剂，使之充分混合均匀，装入反应器中于1300℃煅烧还原6h，所得产品经过、粉碎、过筛，然后在于1450℃煅烧还原5h，所得产品再经粉碎、过筛、水洗、烘干、筛分、分析检测，即得最终产品CaAlSiN3:0.8%Eu。
实施例2
荧光粉BaMgAl10O17:5%Eu的生产制备
依据分子式BaMgAl10O17:5%Eu，按照其化学计量比准备称取原料（Al2O3、MgO、BaCO3、Eu2O3），然后加入适量的助剂，使之充分混合均匀，经过气流粉碎至3.5??m，装入反应器中于1500℃煅烧13h，所得产品再经过气流粉碎、过筛、水洗、离心、烘干、筛分、分析检测即得最终产品BaMgAl10O17:5%Eu。
实施例3
荧光粉CaS:0.5%Eu的生产制备
依据分子式CaS:0.5%Eu，按照其化学计量比准备称取原料（CaCO3、升华S、Eu2O3），然后加入适量的助剂，使之充分混合均匀，装入反应器中于1000℃煅烧2h，所得产品再经过气流粉碎、过筛、筛分、分析检测即得最终产品CaS:0.5%Eu。
实施例4
蓝光LED光源封装
准备好380~385nmLED晶片和BAM:Eu荧光粉胶体，按照下列工艺进行封装：
a，检验晶片表面是否有缺陷；
b，用扩张机或手工对黏结的晶片的膜进行扩张；
c，在LED支架的响应位置上点胶；
d，自动装架，使点胶后的LED晶片装到相应的支架位置；
e，150~170℃烧结1~2h，使绝缘胶固化；或150℃烧结1h，是绝缘胶固化；
f，通过压焊使电极引导LED晶片上；
g，将配好的荧光胶注入LED成型模腔内；
h，135℃条件下1h进行环氧固化；
i，120℃条件下4h进行环氧后固化；
j，用划片机完成封装后LED分离；
k，测试合格即得仿生态的蓝紫光光源。
测试的发射光谱图请见图2。谱图中的两个峰的强弱可以通过改变荧光胶中的荧光粉含量而改变。
实施例5
红光LED光源封装方式一
准备好587.0~588.9nmLED晶片和CaAlSiN3:Eu荧光粉胶体，按照下列工艺进行封装：
a，检验晶片表面是否有缺陷；
b，用扩张机或手工对黏结的晶片的膜进行扩张；
c，在LED支架的响应位置上点上；
d，自动装架，使点胶后的LED晶片装到相应的支架位置；
e，150~170℃烧结1~2h，使银胶固化；或150℃烧结1h，是银胶固化；
f，通过压焊使电极引导LED晶片上；
g，将配好的荧光胶注入LED成型模腔内；
h，135℃条件下1h进行环氧固化；
i，120℃条件下4h进行环氧后固化；
j，用划片机完成封装后LED分离；
k，测试合格即得仿生态的红橙光光源。
测试的发射光谱图请见图3。谱图中的两个峰的强弱可以通过改变荧光胶中的荧光粉含量而改变。
实施例6
红光LED光源封装方式二
准备好380~385nmLED晶片和CaAlSiN3:Eu荧光粉胶体，按照下列工艺进行封装：
a，检验晶片表面是否有缺陷；
b，用扩张机或手工对黏结的晶片的膜进行扩张；
c，在LED支架的响应位置上点上；
d，自动装架，使点胶后的LED晶片装到相应的支架位置；
e，150~170℃烧结1~2h，使银胶固化；或150℃烧结1h，是绝缘胶固化；
f，通过压焊使电极引导LED晶片上；
g，将配好的荧光胶注入LED成型模腔内；
h，135℃条件下1h进行环氧固化；
i，120℃条件下4h进行环氧后固化；
j，用划片机完成封装后LED分离；
k，测试合格即得仿生态的红橙光光源。
实施例7
仿生态的LED蓝红光源封装方式一
准备好380-385nmLED晶片和BAM:Eu与CaAlSiN3:Eu的混合荧光粉胶体，按照下列工艺进行封装：
a，检验晶片表面是否有缺陷；
b，用扩张机或手工对黏结的晶片的膜进行扩张；
c，在LED支架的响应位置上点上；
d，自动装架，使点胶后的LED晶片装到相应的支架位置；
e，150~170℃烧结1~2h，使银胶固化；或150℃烧结1h，是绝缘胶固化；
f，通过压焊使电极引导LED晶片上；
g，将配好的荧光胶注入LED成型模腔内；
h，135℃条件下1h进行环氧固化；
i，120℃条件下4h进行环氧后固化；
j，用划片机完成封装后LED分离；
k，测试合格即得仿生态的蓝红光光源。
实施例8
蓝紫光LED植物生长灯组装
将实例4中封装好的仿生态蓝紫光LED光源，根据设计需要选择合适的灯型，按照下列流程进行加工组装：
（1）在封装好的LED中，选择合格的蓝紫光LED；
（2）进行电子元件检测；
（3）将灯板上的LED和电子元件焊接好；
（4）测试合格后，装上灯罩；
（5）灌防水胶或者封上防水胶；
（6）老化测试；
（7）清洁，包装即得到蓝光LED植物生长灯。
实施例9
图1所示，红橙光LED光源，包括基板1、LED晶片2和透明胶体3，LED晶片2和透明胶体3设在基板1上，透明胶体3包覆在LED晶片2上，在透明胶体3内均匀分布有彩色荧光粉4，该彩色荧光粉4是红色荧光粉，LED晶片2所发出的光是黄光或蓝光或紫光；其中红色荧光粉照射后的光谱主峰为620~660nm，LED晶片2所发出黄光的光谱主峰为560~600nm，LED晶片2所发出蓝光的光谱主峰为420~465nm，LED晶片2所发出紫光的光谱主峰为380~420nm。上述LED晶片2通过引线从基板1引出。
红橙光LED植物生长灯组装
将实施例5或6中封装好的仿生态红橙光LED光源，根据设计需要选择合适的灯型，按照下列流程进行加工组装：
（1）在封装好的LED中，选择合格的红橙光LED；
（2）进行电子元件检测；
（3）将灯板上的LED和电子元件焊接好；
（4）测试合格后，装上灯罩；
（5）灌防水胶或者封上防水胶；
（6）老化测试；
（7）清洁，包装即得到红橙光LED植物生长灯。
实施例10
仿生态的LED植物生长灯组装方式一
将实施例4和实施例5或6中封装好的仿生态蓝紫光和红橙光两种LED光源，根据设计需要选择合适的灯型，按照下列流程进行加工组装：
（1）在封装好的LED中，按6:1比例分别选择合格的红橙光和蓝紫光LED；
（2）进行电子元件检测；
（3）将灯板上的LED和电子元件焊接好；
（4）测试合格后，装上灯罩；
（5）灌防水胶或者封上防水胶；
（6）老化测试；
（7）清洁，包装即得到仿生态LED植物生长灯。
实施例11
仿生态的LED植物生长灯组装方式二
将实例4和实例5或6中封装好的仿生态蓝紫光和红橙光两种LED光源，根据设计需要选择合适的灯型，按照下列流程进行加工组装：
（1）在封装好的LED中，按4:1比例分别选择合格的红橙光和蓝紫光LED；
（2）进行电子元件检测；
（3）将灯板上的LED和电子元件焊接好；
（4）测试合格后，装上灯罩；
（5）灌防水胶或者封上防水胶；
（6）老化测试；
（7）清洁，包装即得到仿生态LED植物生长灯。
实施例12
仿生态的LED植物生长灯组装方式三
将实例7中封装好的仿生态蓝红光LED光源，根据设计需要选择合适的灯型，按照下列流程进行加工组装：
（1）在封装好的LED中，选择合格的蓝红光LED；
（2）进行电子元件检测；
（3）将灯板上的LED和电子元件焊接好；
（4）测试合格后，装上灯罩；
（5）灌防水胶或者封上防水胶；
（6）老化测试；
（7）清洁，包装即得到仿生态LED植物生长灯。
本发明的蓝紫光LED光源可以作为单一光源组装成灯具，用于农业照明；所述的红橙光LED光源可以作为单一光源组装成灯具，用于农业照明；所述蓝红LED光源可以可直接作为光源组装成灯具，用于农业照明；所述的蓝紫光LED和红橙光LED，可以作为光源按照1:10~10:1的比例组装成灯具，用于农业照明。
Claims (3)
1.一种仿生态的植物生长补光LED光源，包括基板(1)、LED晶片(2)和透明胶体(3)，LED晶片(2)和透明胶体(3)设在基板(1)上，透明胶体(3)包覆在LED晶片(2)上，其特征在于：在透明胶体(3)内均匀分布有彩色荧光粉(4)，该彩色荧光粉(4)是红色荧光粉，LED晶片(2)所发出的光是黄光或蓝光或紫光；其中红色荧光粉照射后的光谱主峰为620～660nm，LED晶片(2)所发出黄光的光谱主峰为560～600nm，LED晶片(2)所发出蓝光的光谱主峰为420～465nm，LED晶片(2)所发出紫光的光谱主峰为380～420nm；所述的红色荧光粉是二价铕激活的氮化物，其化学式为(1-x-y-z)M3N2·xAlN·ySi3N4:zEu，RE，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg、Zn中的一种或多种，x、y、z皆不等于零,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的红色荧光粉是二价铕激活的氮氧化物，其化学式为MSi2N2O2:Eu,RE，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg、Zn中的一种或多种,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的红色荧光粉是二价铕激活的硫化物，其化学通式为(1-x-y-z-m)CaS·xBaS·yMgS·zSrS·mZnS:nEu,RE，其中0≤x、y、z、m、n≤1,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的红色荧光粉是二价锰激活的复合氟氧化物，其化学通式为xMgF2·yMgO·zGeO2:nMn,RE，其中0＜x、y、z、n＜1,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Eu,Ag中的一种或多种。
2.一种仿生态的植物生长补光LED光源，包括基板(1)、LED晶片(2)和透明胶体(3)，LED晶片(2)和透明胶体(3)设在基板(1)上，透明胶体(3)包覆在LED晶片(2)上，其特征在于：在透明胶体(3)内均匀分布有彩色荧光粉(4)，该彩色荧光粉(4)是蓝色荧光粉，LED晶片(2)所发出的光是紫光；其中蓝色荧光粉照射后的光谱主峰为420～460nm，LED晶片(2)所发出紫光的光谱主峰为380～420nm；所述的蓝色荧光粉是二价铕激活的镁铝酸盐化合物，其化学通式为(1-x-y)BaO·xCaO·ySrO·mMgO·nAl2O3:zEu,RE，其中x、y皆不等于1，m、n、z皆不等于0,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的蓝色荧光粉是二价铕激活的氟化物，其化学通式为(1-x-y-z-m)CaF2·xBaF2·yMgF2·zSrF2·mZnF2:nEu，RE，其中0≤x、y、z、m、n≤1，RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的蓝色荧光粉是二价铕激活的硅酸盐化合物，其化学通式为(1-x-y)CaO·xBaO·ySrO·zMgO·mSiO2·nAl2O3:aEu,RE，其中0≤x、y≤1，z、n为任意值，m、a不能等于0,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
3.一种仿生态的植物生长补光LED光源，包括基板(1)、LED晶片(2)和透明胶体(3)，LED晶片(2)和透明胶体(3)设在基板(1)上，透明胶体(3)包覆在LED晶片(2)上，其特征在于：在透明胶体(3)内均匀分布有彩色荧光粉(4),该彩色荧光粉(4)是红色荧光粉和蓝色荧光粉,LED晶片(2)所发出的光是紫光或蓝光；其中红色荧光粉照射后的光谱主峰620～660nm,蓝色荧光粉照射后的光谱主峰为420～460nm,LED晶片(2)所发出蓝光的光谱主峰420～465nm,LED晶片(2)所发出紫光的光谱主峰为380～420nm；所述的红色荧光粉是二价铕激活的氮化物，其化学式为(1-x-y-z)M3N2·xAlN·ySi3N4:zEu,RE，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg、Zn中的一种或多种，x、y、z皆不等于零,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者,所述的红色荧光粉是二价铕激活的氮氧化物,其化学式为MSi2N2O2:Eu,RE，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg、Zn中的一种或多种,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的红色荧光粉是二价铕激活的硫化物，其化学通式为(1-x-y-z-m)CaS·xBaS·yMgS·zSrS·mZnS:nEu,RE，其中0≤x、y、z、m、n≤1，RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的红色荧光粉是二价锰激活的复合氟氧化物，其化学通式为xMgF2·yMgO·zGeO2:nMn,RE，其中0＜x、y、z、n＜1，RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Eu,Ag中的一种或多种；所述的蓝色荧光粉是二价铕激活的镁铝酸盐化合物，其化学通式为(1-x-y)BaO·xCaO·ySrO·mMgO·nAl2O3:zEu,RE，其中x、y皆不等于1，m、n、z皆不等于0,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的蓝色荧光粉是二价铕激活的氟化物，其化学通式为(1-x-y-z-m)CaF2·xBaF2·yMgF2·zSrF2·mZnF2:nEu,RE，其中0≤x、y、z、m、n≤1，RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种；或者，所述的蓝色荧光粉是二价铕激活的硅酸盐化合物，其化学通式为(1-x-y)CaO·xBaO·ySrO·zMgO·mSiO2·nAl2O3:aEu,RE，其中0≤x、y≤1，z、n为任意值，m、a不能等于0,RE为Sm,Cu,Pr,Tb,Ce,La,Dy,Mn,Ag中的一种或多种。
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