CN115353885A - 一种近紫外光和绿光激发的远红光荧光粉及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外光和绿光激发的远红光荧光粉及其应用方法。本发明的远红光荧光粉为式Ⅰ表示的化合物：Tb1‑y RE y M x Al11‑z O18+x :zCr3+，其中，M包含Zn和Mg的一种或两种，x=0或1.0；RE包含Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的一种或两种，取值范围为0≤y＜0.9;Cr3+的取值范围为0<z≤0.25。以Tb4O7、RE2O3、Al(OH)3、Cr2O3、ZnO和MgO等为原料，在空气中，采用高温固相法在1400‑1600℃灼烧4‑6 h。本发明的荧光粉具有将近紫外光和绿光转换为远红光的性质，其发射光谱与植物PFR色素的吸收光谱相吻合。该荧光粉用于制造农用转光膜、转光夹层玻璃，或用于制造基于近紫外芯片350‑400 nm的植物照明LED灯，可以获得植物生长最佳作用光谱，使农作物在最佳光照环境下生长，光合效率高。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种近紫外光和绿光激发的远红光荧光粉及其应用方法。
背景技术
地球上生命赖以生存的能量来自太阳，光合作用是能够捕获光能的唯一的生物学途径。光合作用在绿色植物的叶绿体中进行，其过程是叶绿体中的叶绿素ab分子（Chla,b）主要吸收蓝光和红光，将CO2和H2O合成碳水化合物并放出氧气。Hoover曲线表明，在可见光区域，660 nm红光和440 nm蓝光的相对光合效率分别为100%和80%；LED光质实验进一步表明，当红/蓝光辐照强度比为3:1（3R1B）时，作物生长处于最佳状态。另外，Hoover曲线表明，紫外光和远红光也是植物生长不能缺少的。Hoover曲线代表着植物最佳生长作用光谱。
目前，改善作物的光照环境有两种方式，一种是在野外的设施农业的塑料棚膜中加入光能转换材料（简称转光剂），将农作物吸收较少的绿光转换成红光、同时将部分紫外光转换成蓝光或红光，提高光合效率。另一种是采用植物照明LED灯辐照作物，室内植物工厂里的作物生长完全依赖LED灯的光谱质量。
近年来，许多研究者着眼于研究远红光荧光粉用于植物照明、食品分析和医疗等，但都是基于蓝光芯片的LED灯，没见基于紫外光芯片激发的植物照明LED灯的报道。基于蓝光芯片的LED灯由于缺少近紫外光成分，发射光谱组成与Hoover曲线不匹配、难以达到植物最佳生长作用光谱，室内植物工厂里的作物难以达到最佳生长状态。野外设施农业的塑料棚膜内也需要补充远红光，添加紫外光和绿光同时转换成远红光的材料，也可以实现棚内光照环境接近植物最佳生长作用光谱。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明的目的是提供近紫外光和绿光激发的远红光荧光粉及其应用方法，该远红光荧光粉的发射光谱与绿色植物光敏色素PFR吸收光谱匹配程度高，应用于农膜，可以同时将紫外光和绿光转换成远红光，应用于植物照明LED灯，可以与紫转蓝、紫转红荧光粉复配、制备基于近紫外光的LED灯、发射出植物最佳生长作用光谱。而且可以人工调节红光（R）和远红光（FR）的光通量比来促进植物的生长。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供了一种远红光荧光粉，所述远红光荧光粉为式Ⅰ表示的化合物:
Tb1-y RE y M x Al11-z O18+x :zCr3+，其中，M包含Zn和Mg的一种或两种，x=0 或 1.0；RE包含Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的一种或两种，取值范围为0 ≤ y＜0.9; Cr3+的取值范围为0 <z ≤ 0.25。
在一些可选的实施方案中，
x=1.0，所述式Ⅰ为：Tb1-y RE y MAl11-z O19:zCr3+，M是Zn和Mg的一种或两种，
其中，所述y的范围为0 ≤ y＜0.9，z的范围为0 <z ≤ 0.25。
x=0，所述式Ⅰ为：Tb1-y RE y Al11-z O18:zCr3+其中，所述y的范围为0 ≤ y＜0.9，z的范围为0 <z ≤ 0.25。
在一些可选的实施方案中，所述远红光荧光粉选自如下的一种或多种化合物:
（1）Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+
（2）Tb0.6La0.4ZnAl10.92O19:0.08Cr3+
（3）Tb0.2La0.8Al10.95O18:0.05Cr3+
（4）Tb0.15La0.85Al10.93O18:0.07Cr3+
在一些可选的实施方案中，所述红色荧光粉在紫外光波长371 nm（UVA）光激发下发出宽带远红光、峰值在710 nm。
在一些可选的实施方案中，所述红色的波长范围为600-850 nm。
本发明的第二个方面提供了一种上述任一实施方案中所述的红色荧光粉的制备方法，包括如下步骤:
将氧化镧、氢氧化铝、氧化铬、氧化锌和氧化铽进行混合研磨，得到混合固体；
将所述混合固体置于空气氛围中进行煅烧，得到所述红色荧光粉；
其中，所述煅烧的温度为1400-1600 ℃，所述煅烧的时间为4.0-7.0 h。
附图说明
图1：本发明实施例1荧光粉的X-射线粉末衍射图
图2：本发明实施例1荧光粉的激发光谱（监控波长710nm）
图3：本发明实施例1荧光粉的发射光谱（激发波长371 nm）
图4：本发明实施例1荧光粉的发射光谱（激发波长557 nm）
图5：本发明实施例1荧光粉的发射光谱与植物光敏色素PFR的吸收光谱对比
图6：本发明实施例5转光夹层玻璃转换太阳光的实时光谱
图7：本发明实施例6 模拟植物最佳生长作用光谱的植物照明LED灯的的发射光谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下是本发明荧光粉合成的非限定实施例：
实施例1
1、Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+荧光粉
本实施例提供一种远红色荧光粉的制备方法，包括如下步骤:
（1）将原料按照化学计量比称量，具体实施如下：0.1466 g氧化镧（La2O3），2.5600g氢氧化铝（Al(OH)3），0.3841g氧化铽（Tb4O7），0.0137 g氧化铬（Cr2O3）和0.24 g氧化锌（ZnO）进行混合研磨均匀，得到混合粉末；
（2）将上述混合粉末倒入氧化铝坩埚，于1500 ℃的箱式高温炉中煅烧5.0 h，冷却至室温，经过充分研磨，即得到Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+远红色荧光粉。
实施例2
2、Tb0.6La0.4ZnAl10.92O19:0.08Cr3+荧光粉
本实施例提供一种远红色荧光粉的制备方法，包括如下步骤:
（1）将原料按照化学计量比称量，具体实施如下：0.1955 g氧化镧（La2O3），2.5553g 氢氧化铝（Al(OH)3），0.3365 g氧化铽（Tb4O7），0.0182g 氧化铬（Cr2O3）和0.24 g氧化锌（ZnO）进行混合研磨均匀，得到混合粉末；
（2）将上述混合粉末倒入氧化铝坩埚，于1500 ℃的箱式高温炉中煅烧5.0 h，冷却至室温，经过充分研磨，即得到Tb0.6La0.4ZnAl10.92O19:0.08Cr3+红色荧光粉。在紫外光激发下，荧光粉发射出红光、远红光。且可通过改变荧光粉组成人工调节光通量来促进植物生长。
实施例3
3、Tb0.2La0.8Al10.95O18:0.05Cr3+荧光粉
本实施例提供一种远红色荧光粉的制备方法，包括如下步骤:
（1）将原料按照化学计量比称量，具体实施如下：0.1434 g氧化镧（La2O3），0.8541g 氢氧化铝（Al(OH)3），0.0374g氧化铽（Tb4O7），0.0038g 氧化铬（Cr2O3）进行混合研磨均匀，得到混合粉末；
（2）将上述混合粉末倒入氧化铝坩埚，于1500 ℃的箱式高温炉中煅烧5.0 h，冷却至室温，经过充分研磨，即得到Tb0.2La0.8Al10.95O18:0.05Cr3+远红色荧光粉。
实施例4
4、Tb0.15La0.85Al10.93O18:0.07Cr3+荧光粉
本实施例提供一种远红色荧光粉的制备方法，包括如下步骤:
（1）将原料按照化学计量比称量，具体实施如下：0.1523 g氧化镧（La2O3），0.8525g 氢氧化铝（Al(OH)3），0.0244g氧化铽（Tb4O7），0.0053g 氧化铬（Cr2O3）进行混合研磨均匀，得到混合粉末；
（2）将上述混合粉末倒入氧化铝坩埚，于1500 ℃的箱式高温炉中煅烧5.0 h，冷却至室温，经过充分研磨，即得到Tb0.15La0.85Al10.93O18:0.07Cr3+远红色荧光粉。
实施例5
转光夹层玻璃配方和制备方法：将得到的Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+荧光粉按一定比例加入到UV -光敏液体树脂中。它们被混合和超声一个小时，然后将含有荧光粉的液体树脂填充在两个玻璃片之间。磨砂玻璃片的直径为30mm，厚度为5mm。平行玻璃片之间的间距控制在0.5mm。将合成的玻璃组合暴露在阳光下，直到树脂完全聚合，就形成了发光夹层玻璃。
实施例6
模拟植物最佳生长作用光谱的植物照明LED灯的制备方法：按照一定的化学计量比称取以下三种荧光粉，紫转远红光荧光粉Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+（TLZA:Cr3+）、紫转蓝荧光粉Ca1.1Sr0.9Si0.98Al0.02O4:Ce3+（CSS:Ce3+）和紫转红荧光粉CaAl12O19:Mn4+（CAO:Mn4 +），混合均匀，得到复配荧光粉。将复配荧光粉与380 nm UV芯片结合，封装成植物照明用LED灯。
本发明实施例1所制备的荧光粉，X-射线粉末衍射图如图1所示，激发光谱（监控波长为710 nm）如图2所示，发射光谱（监控波长为371 nm）如图3所示，发射光谱（激发波长为557nm）如图4所示。
如图5所示，在371 nm紫外光和557nm绿光激发下，荧光粉产生的远红光发射光谱与植物光敏色素PFR吸收光谱相匹配，由于PFR与PR色素可以互相转，因此，远红光照射将促进PFR色素向PR色素转换，有效地促进光合作用和果实上色。
图6所示，Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+转光夹胶玻璃(LLGs)调节了太阳光谱组成到红蓝光3:1的比例，促进了室外园艺大棚植物的生长。
图7所示，在380 nm NUV芯片上，涂覆紫转远红Tb0.7La0.3ZnAl10.94O19:0.06Cr3+、紫转蓝和紫转红的复合荧光粉pc-LED器件，具有发射室内植物生长最佳作用光谱的性能。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种远红光荧光粉，其特征在于，所述远红光荧光粉为式Ⅰ表示的化合物:
Tb1-y RE y M x Al11-z O18+x :zCr3+，其中，M包含Zn和Mg的一种或两种，x=0 或 1.0；RE包含Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的一种或两种，取值范围为0 ≤y＜0.9;Cr3+的取值范围为0 <z ≤ 0.25。
2.根据权利要求1所述的远红光荧光粉，其特征在于，所述远红光荧光粉的制备方法，以Tb4O7、RE2O3、Al(OH)3、Cr2O3、ZnO和MgO等为原料，在空气中，采用高温固相法在1400-1600℃灼烧4-6 h。
3.根据权利要求1所述的远红光荧光粉，其特征在于，所述远红光荧光粉在近紫外光（350-400 nm）激发和绿光下发出宽谱带远红光，其发射光谱与植物PFR色素的吸收光谱相吻合。
4.根据权利要求3所述的远红光荧光粉，用于制造农用转光膜或转光夹层玻璃、棚内光照环境接近植物生长最佳作用光谱，提高温室大棚内作物的光合效率。
5.根据权利要求3所述的远红光荧光粉，与紫转蓝和紫转红荧光粉复配，用于制造基于近紫外芯片（350-400 nm）的植物照明LED灯，室内光照环境达到植物生长最佳作用光谱，提高植物工厂内作物的光合效率。
Priority Applications (1)
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| CN115491196A (zh) * | 2022-11-21 | 2022-12-20 | 四川世纪和光科技发展有限公司 | 红光荧光组合物、红光荧光膜和红光led光源 |
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