CN103332863B - 农业大棚用Cr3+激活氧化铝微晶玻璃、制备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业大棚用Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃、制备及其应用。该微晶玻璃是在低熔点玻璃材料中掺杂1-10wt%的Al₂O₃与Cr₂O₃混合物，所述Al₂O₃与Cr₂O₃混合物中，Cr₂O₃掺杂浓度为0.1-1mol%。本发明所制备的微晶玻璃材料，可对光进行选择性吸收和透过。该玻璃微晶可以用于农业大棚，具有可长期使用的优点，从而解决了薄膜类光置换产品所带来的污染和浪费等问题，符合未来植物生长用转光材料的发展趋势。

Description

农业大棚用Cr3+激活氧化铝微晶玻璃、制备及其应用

技术领域

本发明属于下转换发光材料领域，具体地说是Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃、制备及其应用。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的能源。研究表明，太阳光中不同波段的光对植物生长发育有着不同的作用。到达地球表面的太阳光能量主要集中在光谱范围从290nm-3000nm的范围内。其中波长为290-400nm的紫外光促进枝干的老化和病菌繁殖，对植物的生长有不良影响；波长为500-600nm的黄绿光对植物无害无利；波长为400-500nm的蓝光和波长为600-700nm的红光能够促进植物的光合作用，并且蓝光有利于植物营养器官(如茎、叶等)的生长，红光有利于植物的花朵、果实等方面的生长。而太阳光最强的部分为绿光，将没有被利用的绿光转换为红光促进花与果实的生长是一个有意义的事情。

早在1976年，日本“农业用光线选择利用技术研究协会”就报道过掺杂蓝色荧光、红色荧光助剂的聚氯乙烯薄膜。1982年，日本山添胜彦等人将稀土荧光化合物添加到聚苯乙烯制成发光聚合物。1985年，俄罗斯Golodkova L N等人将稀土荧光化合物加入到PVC等树脂中制成了温室薄膜。我国转光农膜始于二十世纪80年代。1989年中科院长春物理研究所李文连等人将稀土荧光助剂掺入到PVC树脂，制成光转换蔬菜大棚薄膜。1992年中科院广州能源研究所等单位制成了L-蓝光膜，用于水稻育秧。1997年中科院电子研究所采用有机荧光化合物作为转光剂，也研制出了转光膜。然而有机薄膜存在着不可忽视的污染和浪费。

发明内容

本发明的目的是要提供一种将可见光转换为近红外光，以促进植物生长的农业大棚用Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，制备方法及其应用。

本发明是这样实现的：

农业大棚用Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，在低熔点玻璃材料中掺杂 1-10wt％的Al₂O₃与Cr₂O₃混合物，所述Al₂O₃与Cr₂O₃混合物中，Cr₂O₃掺杂浓度为0.1-1mol％。

所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，所述Al₂O₃与Cr₂O₃混合物中，Cr₂O₃掺杂浓度优选为0.3-0.5mol％。

所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，所述低熔点玻璃材料选用碲酸盐玻璃。

所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Al₂O₃与Cr₂O₃混合，1550-1650℃高温灼烧2小时，1600-1700℃灼烧0.5小时，自然冷却，得到Al₂O₃与Cr₂O₃混合物；

(2)将第(1)步所得混合物与低熔点玻璃组分混合，放入高温炉在620-680℃熔制2小时，在350-450℃下退火2-8小时，制得Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃。

所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃用于农业大棚。

Cr³⁺激活的氧化铝是最早的激光介质，由于其强的晶体场，使Cr³⁺在693nm有较强的发射，特别是其具有较宽的激发光谱，可覆盖从340nm-620nm的几乎全部的可见光；而吸收峰分别位于400及552nm，两吸收峰之间的光(对植物营养器官生长有利的蓝光)的大部分可以透过。这相当于选择性地把对植物有利的光透过，而把对植物有害和无用的光转换为有用的红光，因此十分适宜用于植物生长用光转换材料。但是，由于晶体的苛刻的生长条件，使其应用受到了限制。Cr³⁺在粉体材料中具有在晶体中同样的性质，但粉体的不透光性使其在上述应用方面存在无法跨越的障碍。本发明中，Cr³⁺激活的氧化铝采用高温固相法制备，氧化铝具有较高熔点，其与低熔点的玻璃原料(如碲酸盐)相互混合，在较低温度下使低熔点的玻璃融化后将Cr³⁺激活的氧化铝包覆形成微晶玻璃。该微晶玻璃材料既具有晶体的良好发光特性又具有玻璃的透光性，其对于波长小于400nm的光(有害的紫外光)有较强的吸收，被吸收的太阳光转换为对植物生长有利的近红外光，未被吸收的可见光能够透过，从而提高了红外光在透过光的比例。

本发明所制备的微晶玻璃材料，可对光进行选择性吸收和透过。该玻璃微晶可以用于农业大棚，具有可长期使用的优点，从而解决了薄膜类光置换产品所带来的污染和浪费等问题，符合未来植物生长用转光材料的发展趋势。

附图说明

图1为Cr₂O₃在Al₂O₃中的掺杂浓度(mol％)为0.5％时所制成的粉色粉末状混合物的激发和发射光谱。实线为监测波长为696nm的光的激发光谱，虚线为波长为396nm的光激发下的发射光谱。

图2为不同Cr³⁺掺杂浓度的Al₂O₃发光粉在波长为400nm的光激发下的发射光强度对比图。

图3为图1中的粉色粉末状混合物以掺杂浓度(wt％)为1％，2％，3％，4％，5％，10％掺杂于玻璃基质中所制成的微晶玻璃的透射光谱。

图4为图1中粉色粉末状混合物以掺杂浓度(wt％)为1％，2％，3％，4％，5％，7％10％掺杂于玻璃基质中所制成的玻璃样品。

图5为图1中的粉色粉末状混合物以掺杂浓度(wt％)为10％掺杂于玻璃基质中所制成的微晶玻璃的X射线衍射图。

具体实施方式

实施例1-实施例7

将Al₂O₃与Cr₂O₃分别按表1所示比例混合，放入高温炉中灼烧，1600℃灼烧2小时，1650℃灼烧0.5小时，自然冷却，得到粉色粉末状混合物。

实施例8-实施例14

(2)按TeO₂：Na₂CO₃：ZnO：BaCO₃＝7:1:1:1(摩尔比)量取各组分作为玻璃形成基质，将玻璃形成基质与第(1)步所制粉色粉末状混合物(实施例4)按表2所述比例均匀混合，于高温炉中650℃熔制2小时，在400℃下退火2小时，制得Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃。再对形成的玻璃片两面抛光。

表1

表2

选取实施例4所制的Al₂O₃与Cr₂O₃混合物，测试其激发和发射光谱，如图1所示。其中，实线为监测波长为696nm的光的激发光谱，虚线为波长为400nm的光激发的发射光谱。从图1可以看到本发明所制备的Al₂O₃与Cr₂O₃混合物在可见光有宽带吸收，峰值分别位于400nm和550nm，蓝光(波长为400-500nm)大部分可以透过，发射光是位于696nm的锐线发射。

取实施例1-7所制Al₂O₃与Cr₂O₃混合物，测试其在波长为400nm的光激发下的发射光强度，得如图2所示的发射光强度对比图。从图2中可以看出，Cr³⁺掺杂浓度为0.3-0.5mol％时，发射光强度最强,掺杂浓度达到1mol％时，发射光强度明显降低，掺杂浓度为5-10mol％时，样品的发光强度已经非常弱。

取实施例8-实施例12及实施例14所制微晶玻璃，测试其透射光谱如图3所示。图中自上而下依次为实施例8-实施例12及实施例14所制样品所对应的透射光谱。从图3可以看到玻璃样品对波长小于400nm的光有较强的吸收，表明其能将有害紫外光吸收。

图4所示的玻璃样品自左至右为实施例8—实施例14所制成的玻璃样品。随粉末状掺杂物浓度越高，下转换效率越高，但所制玻璃的不透明度越高，即透光率越差，当然其对有益光(蓝光)的透过率也越低。实际使用时，应根据需要，通过调节Al₂O₃与Cr₂O₃混合物在玻璃基质中的掺杂浓度来选取透光率与下转换效率之间的平衡点，以得到最好的使用效果。

图5为实施例14所制玻璃样品的X射线衍射图，锐线为氧化铝的衍射峰，由此表明本发明所制玻璃中的氧化铝是以微晶形式存在的，从而可有效保证Cr³⁺是在氧化铝的晶体中产生发射。

Claims (5)

1.农业大棚用Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，其特征在于，在低熔点玻璃材料中掺杂1-10wt%的Al₂O₃与Cr₂O₃混合物，所述Al₂O₃与Cr₂O₃混合物中，Cr₂O₃掺杂浓度为0.1-1mol%。

2.根据权利要求1所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，其特征在于，所述Al₂O₃与Cr₂O₃混合物中，Cr₂O₃掺杂浓度为0.3-0.5mol%。

3.根据权利要求1所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃，其特征在于，所述低熔点玻璃材料为碲酸盐玻璃。

4.权利要求1所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将Al₂O₃与Cr₂O₃混合，1550-1650℃高温灼烧2小时，1600-1700℃灼烧0.5小时，自然冷却，得到Al₂O₃与Cr₂O₃混合物；

（2）将第（1）步所得混合物与低熔点玻璃组分混合，放入高温炉在620-680℃熔制2小时，在350-450℃下退火2-8小时，制得Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃。

5.权利要求1所述的Cr³⁺激活氧化铝微晶玻璃用于农业大棚。