CN113528137A - 一种Mn掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种Mn掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料，结构式为：Sr2InSb1‑ xO6：xMn4+，其中，0.0005≤x≤0.015。本发明提供的深红色发光材料可被近紫外光有效激发，能发射波长范围在600～750nm的深红色光，激发光谱范围较宽。本发明提供的发光材料的合成方法简单、易于操作、无污染、成本低。本发明还提供一种Mn4+掺杂的红色发光材料的制备方法和应用。

Description

一种Mn掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料及其制备 方法和应用
技术领域
本发明属于荧光材料技术领域，尤其涉及一种Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，室内植物栽培具有种植风险可控、规模化栽培等优点，在提高植物产量和质量等方面优于传统农业。光作为植物生长不可或缺的部分，能够为光合作用提供能量来源和作为环境信号源调控植物的光形态建成、基因表达、酶的活性和代谢等活动。研究表明，蓝光(400～500nm)、红光(600～680nm)和深红光(680～740nm)可以促进植物的光合作用、植物的萌发和生长。蓝光和红光被叶绿素与其他辅助光合色素吸收用来制作碳水化合物。光敏色素Pf和Pfr通过吸收红光或深红光来调节其比例从而调节植物的萌发、发育和成熟过程。因此，室内植物栽培需要大量的人工光源来对植物进行补光。而传统光源能量消耗大、运行费用高、光利用率低、普遍缺乏深红光区域的发光。与传统光源相比，LED光源具有节能、环保、寿命长、体积小、发热低和光谱可调等优点，广泛用于植物栽培中，被认为是植物栽培领域最有前途的人工光源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料及其制备方法和应用，能够解决植物生长红光材料发射波长不能满足需要，且原料成本高的问题。
本发明提供了一种Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料，结构式为：
Sr2InSb1-xO6：xMn4+，
其中，0.0005≤x≤0.015。
本发明提供了一种上述技术方案所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料的制备方法，包括：
将含Sr的化合物、含In的化合物、含Sb的化合物和含Mn的化合物混合，得到混合物；
将所述混合物焙烧，得到Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料。
优选的，所述焙烧之后还包括：
将得到的焙烧产物分散，得到Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料。
优选的，所述含Sr的化合物选自含Sr的氧化物、氢氧化物、卤化物或碳酸盐中的任意一种。
优选的，所述含In的化合物选自含In的氧化物、氢氧化物、卤化物或碳酸盐中的任意一种。
优选的，所述含Sb的化合物选自含Sb的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的任意一种。
优选的，所述含Mn的化合物选自含Mn的氧化物、碳酸盐、氯化物或氢氧化物中的任意一种。
优选的，所述焙烧的温度为1200～1400℃。
优选的，所述焙烧在空气气氛下进行。
本发明提供了一种上述技术方案所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料在植物生长中的应用。
在近紫外光激发下，本发明提供的呈现深红色荧光的Mn4+离子激活的发光材料，合成成本低，具有发光亮度高和化学性能稳定等优点。本发明提供的红光材料拥有荧光强度高，显色性好，热稳定性好等优点，是一种优异的可用在植物栽培中的深红光材料。本发明提供的深红光材料在近紫外光源激发时，能发射波长范围在650～750nm的红色光，激发光谱范围较宽，在371nm处有强吸收，与商业紫外芯片完美吻合。
本发明还提供一种Mn4+掺杂的红色发光材料的制备方法，与现有技术相比，本发明不采用贵重原料如稀土、锗及镓等，发光材料成本低；反应在空气条件下直接烧结而成，制备条件温和，方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。
附图说明
图1为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的深红光材料的XRD图；
图2为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的深红光材料的发光光谱图；
图3为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的深红光材料的激发光谱图；
图4为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的深红光材料的量子效率图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供了一种Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料，结构式为：
Sr2InSb1-xO6：xMn4+，
其中，0.0005≤x≤0.015。
在本发明中，所述x优选为0.001～0.012，更优选为0.005～0.01，更优选为0.006～0.008，最优选为0.005、0.001、0.003、0.0005、0.01或0.015。
在本发明中，所述Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料为Sr2InSbO6的纯相，在250～550nm范围内有广泛的吸收，且与目前商用的紫外芯片相匹配；在371nm激发下可以产生峰位位于699nm的红色发光，覆盖600～750nm光谱区。
本发明提供了一种上述技术方案所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料的制备方法，包括：
将含Sr的化合物、含In的化合物、含Sb的化合物和含Mn的化合物混合，得到混合物；
将所述混合物焙烧，得到Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料。
在本发明中，所述含Sr的化合物优选选自含Sr的氧化物、氢氧化物、卤化物或碳酸盐中的任意一种，更优选为SrO、Sr(OH)2、SrCl2或SrCO3。
在本发明中，所述含In的化合物优选选自含In的氧化物、氢氧化物、卤化物或碳酸盐中的任意一种，更优选为In2O3、In(OH)3或InCl3。
在本发明中，所述含Sb的化合物优选选自含Sb的氧化物、氢氧化物，碳酸盐中的任意一种，更优选选自Sb2O3、Sb(OH)3或Sb2(CO3)3。
在本发明中，所述含Mn的化合物优选选自含Mn的氧化物、碳酸盐、氯化物或氢氧化物中的任意一种，更优选选自MnO2、MnCO3、MnCl2或Mn(OH)2。
在本发明中，所述含Sr的化合物、含In的化合物、含Sb的化合物和含Mn的化合物的用量比例按照上述技术方案所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料结构式中的化学计量比(摩尔比)进行各元素的配比即可。
在本发明中，所述混合优选为研磨混合，优选为混合均匀。
在本发明中，所述焙烧优选在空气气氛下进行；所述焙烧的温度优选为1200～1400℃，更优选为1250～1350℃，更优选为1280～1320℃，最优选为1300℃；所述焙烧的时间优选为4～8小时，更优选为5～7小时，更优选为5.5～6.5小时，最优选为6小时。
在本发明中，所述焙烧优选为将所述混合物放入坩埚中，再将坩埚置入高温电炉中。
在本发明中，所述焙烧完成后优选随炉冷却至室温。
在本发明中，所述焙烧完成后优选还包括：
将得到的焙烧产物进行分散，得到Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料。
在本发明中，所述分散优选为研磨分散。
本发明提供了一种上述技术方案所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料在植物生长中的应用，优选将所述Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料用于制备LED植物生长灯。
本发明提供的红光材料拥有荧光强度高，显色性好，热稳定性好等优点，是一种优异的可用在植物栽培中的深红光材料。本发明提供的深红光材料在近紫外光源激发时，能发射波长范围在650～750nm的红色光，激发光谱范围较宽，在371nm处有强吸收，与商业紫外芯片完美吻合。
本发明还提供一种Mn4+掺杂的红色发光材料的制备方法，与现有技术相比，本发明不采用贵重原料如稀土、锗及镓等，发光材料成本低；反应在空气条件下直接烧结而成，制备条件温和，方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。
实施例1
选取碳酸锶、氧化铟、三氧化二锑、氧化锰作起始原料，按各元素摩尔配比Sr:In:Sb:Mn＝2:1:0.9995:1:0.0005,对应x＝0.0005,分别称取四种原料，控制原料混合物总重为20克；进行充分研磨混合，放入氧化铝坩埚内，放入高温炉，在1300℃条件空气中焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到Mn4+掺杂的红光材料，其组成为Sr2InSb0.9995O6:0.0005Mn4+。
按照实施例2的方法，对本发明实施例1制备的Mn4+掺杂的红光材料进行检测，检测得到的荧光光谱性质与实施例2类似。
实施例2
选取碳酸锶、氧化铟、三氧化二锑、氧化锰作起始原料，按各元素摩尔配比Sr:In:Sb:Mn＝2:1:0.999:1:0.001,对应x＝0.001,分别称取四种原料，控制原料混合物总重为20克；进行充分研磨混合，放入氧化铝坩埚内，放入高温炉，在1300℃条件空气中焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到Mn4+掺杂的红光材料，其组成为Sr2InSb0.999O6:0.001Mn4+。
图1为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的红光材料的XRD图，从图1中可以看出，谱图与Sr2InSbO6相一致，说明锰离子的加入没有改变相结构，证明成功得到了Sr2InSb0.999O6:0.001Mn4+。
图2为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的红光材料的发光光谱图(EdingburghInstruments FLSP-920进行检测)，可以看出，红色发光材料在371nm近紫外光激发条件下的光致发光发射，发射波长为在650～750nm的红色光，与植物的叶绿素和光敏色素吸收谱有很大的重叠。
图3为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的红光材料的激发光谱图(EdingburghInstruments FLSP-920进行检测)，可以看出，红色荧光材料监测699nm的激发光谱图，证明该材料是适合近紫外光激发的。
图4为本发明实施例2制备得到的Mn4+掺杂的红光材料的量子效率图(Hamamatsuphotonics K.K.,C9920-02进行检测)，可以看出，在371nm光激发下，实施例2制备的材料量子效率能达到55.93％，具有良好的应用前景。
实施例3
选取碳酸锶、氧化铟、三氧化二锑、氧化锰作起始原料，按各元素摩尔配比Sr:In:Sb:Mn＝2:1:0.997:1:0.003,对应x＝0.003,分别称取四种原料，控制原料混合物总重为20克；进行充分研磨混合，放入氧化铝坩埚内，放入高温炉，在1300℃条件空气中焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到Mn4+掺杂的红光材料，其组成为Sr2InSb0.999O6:0.003Mn4+。
按照实施例2的方法，对本发明实施例3制备的Mn4+掺杂的红光材料进行检测，检测得到的荧光光谱性质与实施例2类似。
实施例4
选取碳酸锶、氧化铟、三氧化二锑、氧化锰作起始原料，按各元素摩尔配比Sr:In:Sb:Mn＝2:1:0.995:1:0.005,对应x＝0.005,分别称取四种原料，控制原料混合物总重为20克；进行充分研磨混合，放入氧化铝坩埚内，放入高温炉，在1300℃条件空气中焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到Mn4+掺杂的红光材料，其组成为Sr2InSb0.999O6:0.005Mn4+。
按照实施例2的方法，对本发明实施例4制备的Mn4+掺杂的红光材料进行检测，检测得到的荧光光谱性质与实施例2类似。
实施例5
选取碳酸锶、氧化铟、三氧化二锑、氧化锰作起始原料，按各元素摩尔配比Sr:In:Sb:Mn＝2:1:0.99:1:0.01,对应x＝0.01,分别称取四种原料，控制原料混合物总重为20克；进行充分研磨混合，放入氧化铝坩埚内，放入高温炉，在1300℃条件空气中焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到Mn4+掺杂的红光材料，其组成为Sr2InSb0.999O6:0.01Mn4+。
按照实施例2的方法，对本发明实施例5制备的Mn4+掺杂的红光材料进行检测，检测得到的荧光光谱性质与实施例2类似。
实施例6
选取碳酸锶、氧化铟、三氧化二锑、氧化锰作起始原料，按各元素摩尔配比Sr:In:Sb:Mn＝2:1:0.985:1:0.015,对应x＝0.015,分别称取四种原料，控制原料混合物总重为20克；进行充分研磨混合，放入氧化铝坩埚内，放入高温炉，在1300℃条件空气中焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到Mn4+掺杂的红光材料，其组成为Sr2InSb0.999O6:0.015Mn4+。
按照实施例2的方法，对本发明实施例6制备的Mn4+掺杂的红光材料进行检测，检测得到的荧光光谱性质与实施例2类似。
本发明提供的上述实施例中实施例2制备的Mn4+掺杂的红光材料的量子效率最高。
本发明提供的红光材料拥有荧光强度高，显色性好，热稳定性好等优点，是一种优异的可用在植物栽培中的深红光材料。本发明提供的深红光材料在近紫外光源激发时，能发射波长范围在650～750nm的红色光，激发光谱范围较宽，在371nm处有强吸收，与商业紫外芯片完美吻合。
本发明还提供一种Mn4+掺杂的红色发光材料的制备方法，与现有技术相比，本发明不采用贵重原料如稀土、锗及镓等，发光材料成本低；反应在空气条件下直接烧结而成，制备条件温和，方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料，结构式为：
Sr2InSb1-xO6：xMn4+，
其中，0.0005≤x≤0.015。
2.一种权利要求1所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料的制备方法，包括：
将含Sr的化合物、含In的化合物、含Sb的化合物和含Mn的化合物混合，得到混合物；
将所述混合物焙烧，得到Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焙烧之后还包括：
将得到的焙烧产物分散，得到Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含Sr的化合物选自含Sr的氧化物、氢氧化物、卤化物或碳酸盐中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含In的化合物选自含In的氧化物、氢氧化物、卤化物或碳酸盐中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含Sb的化合物选自含Sb的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的任意一种。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含Mn的化合物选自含Mn的氧化物、碳酸盐、氯化物或氢氧化物中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焙烧的温度为1200～1400℃。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焙烧在空气气氛下进行。
10.一种权利要求1所述的Mn4+掺杂的用于LED植物生长用深红色发光材料在植物生长中的应用。
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