CN113690359A - 一种高稳定性近红外led植物灯发光芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片及其制备方法，属于LED植物发光技术领域。本发明高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的发光粉化学式为Zn3Ga2‑2xAl2xGeO8:yCr3+，其中0<x＜0.5，0<y≤0.05；将高纯的ZnO、Ga2O3、GeO2、Al2O3和Cr2O3进行研磨得到混合粉料A；混合粉料A置于温度为1400～1450℃、氧化气氛中高温烧结6‑7h，研磨得到Zn3Ga2‑2xAl2xGeO8:yCr3+近红外发光荧光粉；采用环氧树脂将Zn3Ga2‑ 2xAl2xGeO8:yCr3+近红外发光荧光粉封装在蓝光LED芯片上，凝固烘干20‑24h即得高稳定性近红外LED植物灯发光芯片。本发明利用近红外荧光粉发光体系和LED芯片体系相结合，LED植物灯发光芯片具有高效近红外发光和良好的热稳定性，可在长期在高湿度环境中使用并保持原有的发光强度，具有高发光亮度、高化学稳定性和促进植物生长发育等特点。

Description

一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片及其制备方法，属于LED植物发光技术领域。
背景技术
光在植物生长过程中起着至关重要的作用,不同的光质组合对植物的生长发育状况有不同的影响。植物组培所需要的光主要来源于电光源,传统电光源对植物的生物能效极低并且发热量大,用电占整个电费成本的65％左右。在植物组织培养中采用不同的LED光质组合及配比照明,不仅能够调控植物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质,而且能够大大降低能耗,节约成本。
目前，LED植物灯在应用方面存在以下缺点：(1)植物灯所需的荧光粉发光效率低，不能有效的产生亮度较高的LED发射，极大的限制了其在植物培育方面的效率；(2)植物灯所需的荧光粉湿度稳定性较差，植物生长环境通常湿度较大，因而限制了其在植物培育过程中的长期使用；(3)植物所需的发光波段有所不同，对蓝光和红光的需求量，故LED植物灯多为白光宽峰发射，专项性较差。
因此，急需稳定的高亮度、湿度稳定性好、专项性强的LED植物灯，以解决传统LED植物灯存在亮度低、湿度稳定性较差、专项性差等问题。
发明内容
针对传统LED植物灯存在亮度低、湿度稳定性较差、专项性差等问题，本发明提供一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片及其制备方法，本发明利用可均匀分散在环氧树脂胶体中的近红外荧光粉体系和LED芯片体系相结合，作为植物照明体系的植物灯照明发光体，具有较强的近红外发光强度和热稳定性，可长期在湿度和温度较高的环境中使用，并基本保持原有的发光强度，且有效促进植物生长发育。
一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片：发光芯片的发光粉化学式为Zn3Ga2- 2xAl2xGeO8:yCr3+，其中0<x＜0.5，0<y≤0.05；
高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，具体步骤如下：
(1)将高纯的ZnO、Ga2O3、GeO2、Al2O3和Cr2O3进行研磨得到混合粉料A；
(2)将步骤(1)混合粉料A置于温度为1400～1450℃、氧化气氛中高温烧结6-7h，研磨得到Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:y Cr3+近红外发光荧光粉；
(3)采用环氧树脂将步骤(2)的Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:y Cr3+近红外发光荧光粉封装在蓝光LED芯片上，凝固烘干20-24h即得高稳定性近红外LED植物灯发光芯片。
以质量分数计，步骤(1)混合粉料A中ZnO为43-45％、Ga2O3为28-30％、GeO2为18-20％、Al2O3为7-9％、Cr2O3掺杂占总质量的1-5％；
所述步骤(3)Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:y Cr3+近红外发光荧光粉与环氧树脂的质量比为1:1.5-2；
所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片可用于制备植物LED灯；
将近红外LED植物灯发光芯片的制备方法发光芯片按照常规植物灯装配方法进行装配即得LED植物灯；
近红外LED植物灯发光芯片制备的植物LED灯用于植物的补光培育和/或生态照明；
优选的，植物为花卉。
所述蓝光芯片(激发波长为460nm)，通过蓝光芯片激发荧光粉发射蓝光和红光，蓝光可以有效的促进植物进行光合作用，红光部分可有效的缩短植物的光周期，提高植物的光转换效率，有效提升植物的成活率以及植物生长的品质。
本发明的有益效果：
(1)本发明高稳定性近红外LED植物灯发光芯片发射蓝光和红光，红色光谱带有利于植物内糖分的积累，并可影响赤霉素的生成；蓝色光谱带促进植物蛋白质的形成，进而促使植株的伸长，有利于植株的高度，株型等形态的形成；LED植物灯发光灯可更好的促进植物的光合作用，并在夜间实现对植物的补光，可使四季海棠等植物得到更快更好的生长；
(2)本发明近红外LED植物灯发光芯片制备的植物LED灯用于四季海棠等植物培育，具有高发光亮度、高发光效率等特点，同时该芯片具有较高的热稳定性和水稳定性，可在长期在高温、高湿度环境中使用并基本保持原有的发光强度，且可有效的促进四季海棠等植物生长发育；
(3)本发明近红外LED植物灯发光芯片制备的植物LED灯解决了传统LED植物灯存在亮度低、湿度稳定性差、专项性差等问题。
附图说明
图1为实施例1Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:Cr3+近红外发光粉末材料的XRD图；
图2为实施例1Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:Cr3+的激发和发射光谱；
图3为实施例1Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:Cr3+在不同温度下的发射光谱；
图4为实施例1Zn3Ga1.1675Al0.8GeO8:0.0325Cr3+的SEM图像；
图5为实施例1Zn3Ga1.1675Al0.8GeO8:0.0325Cr3+粉体在水中浸泡不同时间后的发射光谱；
图6为实施例1Zn3Ga1.1675Al0.8GeO8:0.0325Cr3+近红外发光粉末与蓝光芯片结合封装成LED的电致发光光谱；
图7为实施例1可用于四季海棠培育的LED植物灯的照射前后的花朵数对比。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片：发光芯片的发光粉化学式为Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.0325Cr3+，其中0＜x＜0.5；
所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，具体步骤如下：
(1)将高纯的ZnO、Ga2O3、GeO2、Al2O3和Cr2O3进行研磨得到混合粉料A；其中质量百分数计，ZnO为43-45％、Ga2O3为28-30％、GeO2为18-20％、Al2O3为7-9％；Cr2O3以外掺方式计算，占总质量的3.25％；
(2)将步骤(1)混合粉料A置于温度为1400℃、氧化气氛中高温烧结6h；研磨得到Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.0325Cr3+近红外发光荧光粉，其中0＜x＜0.5；
(3)采用环氧树脂将步骤(2)Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.0325Cr3+近红外发光荧光粉封装在蓝光LED芯片上，凝固烘干24h即得近红外LED植物灯发光芯片；其中Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.0325Cr3+近红外发光荧光粉与环氧树脂的质量比为1:1.5；
本实施例各样品原料质量分数见表1；
表1
样品序号 化学式 ZnO Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> GeO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.8</sub>Al<sub>0.2</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03225Cr<sup>3+</sup> 43％ 30％ 20％ 7％
2 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.6</sub>Al<sub>0.4</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03225Cr<sup>3+</sup> 43％ 29.5％ 20％ 7.5％
3 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.4</sub>Al<sub>0.6</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03225Cr<sup>3+</sup> 43％ 29％ 20％ 8％
4 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.2</sub>Al<sub>0.8</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03225Cr<sup>3+</sup> 43％ 28.5％ 20％ 8.5％
5 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.0</sub>Al<sub>1.0</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03225Cr<sup>3+</sup> 43％ 28％ 20％ 9％
本实施例样品1-5近红外发光粉末材料Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03225Cr3+(x为0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的XRD图见图1，从图1可知，样品Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03225Cr3+的衍射峰均与ZnGa2O4标准卡片PDF NO.38-1240，均保持ZnGa2O4纯相；
本实施例样品1-5近红外发光粉末材料Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03225Cr3+(x为0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的激发和发射光谱见图2，图中显示460nm的光能够有效的激发该样品，并且样品在558nm的最佳激发下可显示出700nm的近红外发射；
本实施例不同温度下样品1-5近红外发光粉末材料Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.0325Cr3+(x为0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的发射光谱见图3，其在温度为120℃发光强度可保持原有发光强度的76％；
本实施例Zn3Ga1.2Al0.8GeO8:0.0325Cr3+近红外发光粉末的SEM图像见图4；其粒径约为10μm；
本实施例Zn3Ga1.2Al0.8GeO8:0.0325Cr3+近红外发光粉末在水中浸泡不同时间后的光谱见图5；表明该Zn3Ga1.2Al0.8GeO8:0.0325Cr3+近红外发光粉末可在湿度较大环境中正常使用，并基本保持其原有的发光强度，更便于其使用和应用；
本实施例Zn3Ga1.2Al0.8GeO8:0.0325Cr3+近红外发光粉末与蓝光芯片封装成LED植物灯后产生的电致发光现象见图6；封装后的LED植物灯能够产生明显的蓝光和近红外光耦合发射；
本实施例近红外LED植物灯的照射与常规培育相同时间的四季海棠平均花朵数见图7，通过该近红外LED植物灯的照射和常规培育的四季海棠平均花朵数对比；可发现在LED植物灯照射四季海棠平均花朵数相比于常规白光LED培育增加了30％；说明该近红外LED植物灯可长期有效的促进四季海棠的生长和发育。
实施例2：一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片：发光芯片的发光粉化学式为Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.04Cr3+，其中0＜x＜0.5；
所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，具体步骤如下：
(1)将高纯的ZnO、Ga2O3、GeO2、Al2O3和Cr2O3进行研磨得到混合粉料A；其中质量百分数计，ZnO为43-45％、Ga2O3为28-30％、GeO2为18-20％、Al2O3为7-9％；Cr2O3以外掺方式计算，占总质量的4.0％；
(2)将步骤(1)混合粉料A置于温度为1350℃、氧化气氛中高温烧结10h；研磨得到Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.04Cr3+近红外发光荧光粉，其中0＜x＜0.5；
(3)采用环氧树脂将步骤(2)Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.04Cr3+近红外发光荧光粉封装在蓝光LED芯片上，凝固烘干20h即得近红外LED植物灯发光芯片；其中Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.04Cr3+近红外发光荧光粉与环氧树脂的质量比为1:1.7；
本实施例各样品原料质量分数见表2；
表2
样品序号 化学式 ZnO Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> GeO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.8</sub>Al<sub>0.2</sub>GeO<sub>8</sub>:0.04Cr<sup>3+</sup> 43％ 30％ 20％ 7％
2 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.6</sub>Al<sub>0.4</sub>GeO<sub>8</sub>:0.04Cr<sup>3+</sup> 43％ 29.5％ 20％ 7.5％
3 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.4</sub>Al<sub>0.6</sub>GeO<sub>8</sub>:0.04Cr<sup>3+</sup> 43％ 29％ 20％ 8％
4 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.2</sub>Al<sub>0.8</sub>GeO<sub>8</sub>:0.04Cr<sup>3+</sup> 43％ 28.5％ 20％ 8.5％
5 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.0</sub>Al<sub>1.0</sub>GeO<sub>8</sub>:0.04Cr<sup>3+</sup> 43％ 28％ 20％ 9％
本实施例Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.04Cr3+近红外发光粉末与蓝光芯片封装成LED植物灯后产生的电致发光现象图可知，封装后的LED植物灯能够产生明显的蓝光和近红外光耦合发射；
本实施例近红外LED植物灯的照射与常规培育相同时间的四季海棠平均花朵数可知，通过该近红外LED植物灯的照射和常规培育的四季海棠平均花朵数对比；可发现在LED植物灯照射四季海棠平均花朵数相比于常规白光LED培育增加了27％；说明该近红外LED植物灯可长期有效的促进四季海棠的生长和发育。
实施例3：一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片：发光芯片的发光粉化学式为Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03Cr3+，其中0＜x＜0.5；
所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，具体步骤如下：
(1)将高纯的ZnO、Ga2O3、GeO2、Al2O3和Cr2O3进行研磨得到混合粉料A；其中质量百分数计，ZnO为43-45％、Ga2O3为28-30％、GeO2为18-20％、Al2O3为7-9％；Cr2O3以外掺方式计算，占总质量的3.0％；
(2)将步骤(1)混合粉料A置于温度为1450℃、氧化气氛中高温烧结8h；研磨得到Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03Cr3+近红外发光荧光粉，其中0＜x＜0.5；
(3)采用环氧树脂将步骤(2)Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03Cr3+近红外发光荧光粉封装在蓝光LED芯片上，凝固烘干22h即得近红外LED植物灯发光芯片；其中Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03Cr3+近红外发光荧光粉与环氧树脂的质量比为1:2；
本实施例各样品原料质量分数见表3；
表3
样品序号 化学式 ZnO Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> GeO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.8</sub>Al<sub>0.2</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03Cr<sup>3+</sup> 43％ 30％ 20％ 7％
2 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.6</sub>Al<sub>0.4</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03Cr<sup>3+</sup> 43％ 29.5％ 20％ 7.5％
3 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.4</sub>Al<sub>0.6</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03Cr<sup>3+</sup> 43％ 29％ 20％ 8％
4 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.2</sub>Al<sub>0.8</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03Cr<sup>3+</sup> 43％ 28.5％ 20％ 8.5％
5 Zn<sub>3</sub>Ga<sub>1.0</sub>Al<sub>1.0</sub>GeO<sub>8</sub>:0.03Cr<sup>3+</sup> 43％ 28％ 20％ 9％
本实施例Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:0.03Cr3+近红外发光粉末与蓝光芯片封装成LED植物灯后产生的电致发光现象图可知，封装后的LED植物灯能够产生明显的蓝光和近红外光耦合发射；
本实施例近红外LED植物灯的照射与常规培育相同时间的四季海棠平均花朵数可知，通过该近红外LED植物灯的照射和常规培育的四季海棠平均花朵数对比；可发现在LED植物灯照射四季海棠平均花朵数相比于常规白光LED培育增加了35％；说明该近红外LED植物灯可长期有效的促进四季海棠的生长和发育。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种高稳定性近红外LED植物灯发光芯片，其特征在于：发光芯片的发光粉化学式为Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:yCr3+，其中0<x＜0.5，0<y≤0.05。
2.权利要求1所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将高纯的ZnO、Ga2O3、GeO2、Al2O3和Cr2O3进行研磨得到混合粉料A；
(2)将步骤(1)混合粉料A置于温度为1400～1450℃、氧化气氛中高温烧结6-7h，研磨得到Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:y Cr3+近红外发光荧光粉；
(3)采用环氧树脂将步骤(2)的Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:y Cr3+近红外发光荧光粉封装在蓝光LED芯片上，凝固烘干20-24h即得高稳定性近红外LED植物灯发光芯片。
3.根据权利要求2所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，其特征在于：以质量分数计，步骤(1)混合粉料A中ZnO为43-45％、Ga2O3为28-30％、GeO2为18-20％、Al2O3为7-9％；Cr2O3掺杂占总质量的1-5％。
4.根据权利要求2所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片的制备方法，其特征在于：步骤(3)Zn3Ga2-2xAl2xGeO8:y Cr3+近红外发光荧光粉与环氧树脂的质量比为1:1.5-2。
5.权利要求1所述高稳定性近红外LED植物灯发光芯片在制备植物LED灯中的应用。
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