CN113481003B - 一种用于农业照明的多波段发射荧光粉及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于农业照明的多波段发射荧光粉及制备方法。该荧光粉的化学通式为Ba(1‑x‑y)CaxEuyAl12O19，其中0≤x≤0.5，0<y≤0.15，所采用的制备方法为高温固相法，即将原料按照既定配比混合均匀后，在常压、空气气氛中、于1200~1550℃下恒温烧结3~9小时，最后待烧结产物自然冷却至室温后，将其球磨、清洗、烘干处理后得到荧光粉材料。本发明所涉及的荧光粉材料在紫外光照射下，可在蓝光和红光波段同时表现出Eu2+和Eu3+的特征发射，发射峰与植物中叶绿素的吸收光谱匹配良好。此外，该荧光粉具有良好的光谱可调性和热稳定性，可作为一种光转换材料应用于农业照明领域。

Description

一种用于农业照明的多波段发射荧光粉及制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于农业照明的多波段发射荧光粉及制备方法，特别是一种，属于稀土发光材料及其制备技术领域。
背景技术
随着半导体芯片和照明技术的不断发展，红光和蓝光LED已经于近些年开始逐步应用于农业照明领域。植物中的叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱主要位于蓝光和橙红光波段，对植物进行与之匹配的适宜的光照可以促进植物各器官的生长，有利于作物的早熟和增产、增甜等。
现阶段的农业照明用红光主要由LED中Eu3+、Mn4+或部分Eu2+离子激活的红色荧光粉提供，蓝光发光波段主要由Eu2+离子激活的蓝色荧光粉提供，其中Eu2+荧光粉的制备通常需要在还原气氛中进行，这一生产过程能耗极高，且在还原气氛的存储和运输过程中存在的一定的风险问题。此外，现有的单一基质荧光粉无法同时提供适宜植物生长的蓝光和红光发射，这使得开发新型多波段发射荧光粉成为农业照明领域的研究热点。
发明内容
本发明针对现有农业照明用荧光粉存在的生产过程能耗高且无法同时提供适宜植物生长的蓝光和红光发射的问题，提供一种具有多波段发射的荧光粉及制备方法。该荧光粉的激发峰位于深紫外和近紫外波段，发射峰位于蓝光和红光波段，与植物中的叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱匹配良好。此外，该荧光粉具有良好的光谱可调性和热稳定性，可作为一种光转换材料应用于农业照明领域。
本发明的技术路线如下：
本发明所提供的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的化学通式为Ba(1-x-y)CaxEuyAl12O19，其中0≤x≤0.5，0<y≤0.15。
本发明的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，具体步骤为：
（1）按照所述荧光粉化学通式中各元素的化学计量比称取含有钡、钙、铕、铝元素的化合物原料，将原料于玛瑙研钵中充分研磨混合均匀；
（2）将步骤（1）中研磨混合均匀后的原料在高温马弗炉中煅烧；
（3）将步骤（2）中的煅烧产物进行后处理，获得Ba(1-x-y)CaxEuyAl12O19荧光粉。
进一步地，步骤（1）中所述的含有钡元素的化合物原料为氧化钡、过氧化钡、氢氧化钡、硫化钡、醋酸钡、碳酸钡、氯酸钡中的至少一种，优选为氧化钡。
进一步地，步骤（1）中所述的含有钙元素的化合物原料为氧化钙、过氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、氟化钙、次氯酸钙、碳酸钙中的至少一种，优选为氧化钙。
进一步地，步骤（1）中所述的含有铕元素的化合物原料为氧化铕、氯化铕、硝酸铕中的至少一种，优选为氧化铕。
进一步地，步骤（1）中所述的含有铝元素的化合物原料为氧化铝、氢氧化铝、三氯化铝，优选为氧化铝。
进一步地，步骤（1）中所述的原料纯度均为化学纯或以上等级。
进一步地，步骤（1）中所使用的研磨工具为玛瑙研钵，研磨时间不短于30分钟。
进一步地，步骤（2）中的煅烧环境为常压、空气气氛，煅烧温度为1250至1550℃，保温时间为3至9小时。
进一步地，步骤（2）中的煅烧产物经过球磨、筛分后得到Ba(1-x-y)CaxEuyAl12O19荧光粉。
本发明的优势在于：
（1）本发明提供的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉可由深紫外或进紫外光激发，发射峰位于蓝光和红光波段，与植物中的叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱匹配良好；
（2）本发明提供的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉具有良好的光谱可调性，红光和蓝光的发射强度比例可通过钙离子的掺杂浓度调控；
（3）本发明提供的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉具有良好的热稳定性，在100℃的测试温度下，红光和蓝光的发射强度仍可分别保持在室温条件下的86.9%和89.3%；
（4）本发明提供的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉在常压、空气气氛中即可制得，避免了使用还原气氛所带来的高能耗问题和储运过程中的安全风险。
附图说明
图1为本发明实施例1涉及的荧光粉Ba0.97Ca0.01Eu0.02Al12O19的光致发射光谱。
图2为本发明实施例1涉及的荧光粉Ba0.97Ca0.01Eu0.02Al12O19中Eu2+的荧光寿命曲线。
图3为本发明实施例1涉及的荧光粉Ba0.97Ca0.01Eu0.02Al12O19中Eu3+的荧光寿命曲线。
图4为本发明实施例2涉及的荧光粉Ba0.68Ca0.30Eu0.02Al12O19的光致发射光谱。
图5为本发明实施例2涉及的荧光粉Ba0.68Ca0.30Eu0.02Al12O19中Eu2+的荧光寿命曲线。
图6为本发明实施例2涉及的荧光粉Ba0.68Ca0.30Eu0.02Al12O19中Eu3+的荧光寿命曲线。
具体实施方式
 本发明的具体内容将通过以下实施例和附图加以说明。
实施例1
Ba0.97Ca0.01Eu0.02Al12O19荧光粉的制备方法，具体步骤为：
以0.97:0.01:0.02:12的比例分别称取含有钡、钙、铕。铝的化合物原料氧化钡、氧化钙、氧化铕和氧化铝，将上述原料于玛瑙研钵中充分研磨40分钟，将研磨后的原料转移至刚玉坩埚中，将坩埚放置于马弗炉中，于1450℃保温烧结5小时，待自然冷却至室温后，将烧结产物取出，经卧式球磨机球磨40分钟，过300目筛网后即得到Ba0.97Ca0.01Eu0.02Al12O19荧光粉。
本实施例涉及的荧光粉的光致发射光谱参见附图1。在317nm波长紫外光激发下，该荧光粉的发射峰位于蓝光波段（431nm）和红光波段（616nm），蓝光和红光发射峰强度比例为0.86。其中，蓝光波段对应于Eu2+的特征发射，红光波段对应于Eu3+的特征发射。
本实施例涉及的荧光粉中Eu2+的荧光寿命曲线参见附图2。经过计算，在317nm波长紫外光激发下，该荧光粉中Eu2+的荧光寿命为684.62ns。
本实施例涉及的荧光粉中Eu3+的荧光寿命曲线参见附图3。经过计算，在317nm波长紫外光激发下，该荧光粉中Eu2+的荧光寿命为1.12ms。
实施例2
Ba0.68Ca0.30Eu0.02Al12O19荧光粉的制备方法，具体步骤为：
以0.68:0.30:0.02:12的比例分别称取含有钡、钙、铕。铝的化合物原料氧化钡、氧化钙、氧化铕和氧化铝，将上述原料于玛瑙研钵中充分研磨40分钟，将研磨后的原料转移至刚玉坩埚中，将坩埚放置于马弗炉中，于1550℃保温烧结5小时，待自然冷却至室温后，将烧结产物取出，经卧式球磨机球磨40分钟，过300目筛网后即得到Ba0.68Ca0.30Eu0.02Al12O19荧光粉。
本实施例涉及的荧光粉的光致发射光谱参见附图4。在317nm波长紫外光激发下，该荧光粉的发射峰位于蓝光波段（431nm）和红光波段（616nm），蓝光和红光发射峰强度比例为0.02。其中，蓝光波段对应于Eu2+的特征发射，红光波段对应于Eu3+的特征发射。
本实施例涉及的荧光粉中Eu2+的荧光寿命曲线参见附图5。经过计算，在317nm波长紫外光激发下，该荧光粉中Eu2+的荧光寿命为637.83ns。
本实施例涉及的荧光粉中Eu3+的荧光寿命曲线参见附图6。经过计算，在317nm波长紫外光激发下，该荧光粉中Eu2+的荧光寿命为1.43ms。
以上实施例仅作为优选示例用以对本发明内容进行详细说明，实际限定范围应参照发明权利要求。可依照说明书中的技术路线制备与实施例具有相同性能的荧光粉。

Claims (7)

1.一种用于农业照明的多波段发射荧光粉，其特征在于：该荧光粉的化学通式为
Ba(1-x-y)CaxEuyAl12O19，其中0<x≤0.5，0<y≤0.15。
2.根据权利要求1所述的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，其特征在于：所采用的制备方法为高温固相法，即将含有钡、钙、铕、铝元素的原料按照既定配比混合均匀后，在常压、空气气氛中、于1200～1550℃下恒温烧结3～9小时，最后待烧结产物自然冷却至室温后，将其球磨、清洗、烘干处理后得到荧光粉材料。
3.根据权利要求2所述的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，其特征在于：所述的含有钡元素的原料为氢氧化钡、氧化钡、碳酸钡、氯化钡中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，其特征在于：所述的含有钙元素的原料为氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、氯化钙中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，其特征在于：所述的含有铕元素的原料为三氧化二铕、硝酸铕中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，其特征在于：所述的含有铝元素的原料为三氧化二铝、氢氧化铝、硝酸铝中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的一种用于农业照明的多波段发射荧光粉的制备方法，其特征在于：该荧光粉可由深紫外或近紫外光激发，发射峰位于蓝光和红光波段。
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