CN116023934B

CN116023934B - 一种植物补光用蓝色荧光粉及其制备方法

Info

Publication number: CN116023934B
Application number: CN202211359229.5A
Authority: CN
Inventors: 孔丽; 闫悦; 陈丽
Original assignee: Jilin Institute of Chemical Technology
Current assignee: Jilin Institute of Chemical Technology
Priority date: 2022-11-01
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2023-11-03
Anticipated expiration: 2042-11-01
Also published as: CN116023934A

Abstract

本发明公开了一种植物补光用蓝色荧光粉及其制备方法。所述荧光粉是硅酸锶锂掺杂稀土离子Ce³⁺，该荧光粉的激发光谱为稀土离子Ce³⁺的3个特征宽带，分别位于257 nm、280 nm、363 nm处，最强峰位于363 nm，其发射光谱为Ce³⁺的380 nm‑480 nm的宽带，最强峰位于403 nm；该荧光粉可被紫外光320nm‑380nm有效激发发射蓝光380 nm‑480 nm，最佳掺杂浓度为1 mol%。

Description

一种植物补光用蓝色荧光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及人工光源的技术领域，尤其涉及一种植物补光用蓝色荧光粉及其制备方法。

背景技术

在植物生长的过程中，光敏色素在促进种子发芽、去黄化、拓展叶片等阶段具有非常重要的作用。光敏色素以两种形式存在，一种是红光吸收型(Pr)，吸收光谱是350 nm-400nm和600 nm - 700 nm的两个带状。另一种是远红光吸收型(Pfr)，吸收光谱是位于 380 nm-420 nm和650 nm - 780 nm的宽带。这两种不同的存在形式通过吸收光促进植物生长；而在植物生长、开花、结果整个过程中还有另一个必不可少的环节，那就是光合作用，光合作用是植物生长的基础，其对于光照的吸收主要依赖于三种植物色素：一种叶绿素 a，其吸收光谱为350 nm-450 nm和600 nm-680 nm的宽带，另一种叶绿素b，其吸收光谱为380 nm-470nm和610 nm-650 nm的宽带，最后一种β-类胡萝卜素，其吸收光谱为400 nm-500 nm的宽带。在现代农业中，为了提高农作物的产量，通常需要在黑夜或者光照不充足的时候补充光照，LED作为新一代固态照明系统，具有高发光效率、环保、使用寿命长等优点，通常作为植物生长灯来补充光照。对于红色及深红色荧光粉研究已经取得了较多的成果，而蓝色荧光粉的激发光谱通常位于近紫外区域。由于近紫外芯片的缓慢发展，抑制了植物生长用蓝色荧光粉的研究。近年，随着近紫外芯片(350 nm ― 420 nm)的不断发展，开发近紫外激发的蓝色荧光粉变得十分必要。具有4f-5d允许跃迁的Ce³⁺离子在许多基质中可以表现出发光强度大、具有宽带发射的蓝光。Ce³⁺离子的 5d 能级容易受外界晶体场环境的影响，因此Ce³⁺离子的发光特性通常可以通过改变 Ce³⁺离子的配位环境来调节。目前，改变Ce³⁺离子配位环境的方法主要有两种。一种是通过离子之间的能量转移实现的。在能量转移的过程中，Ce³⁺离子充当敏化剂，将能量转移给激活剂。

发明内容

本发明提供了一种稀土离子Ce³⁺掺杂的硅酸锶锂蓝色荧光粉及其制备方法，用于解决植物补光用光源的紫外光激发的蓝色荧光粉的问题。

本发明首先提供一种Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉，该荧光粉的化学式为：Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺，式中0.25 at% ≤ x ≤ 10 at%。

本发明还提供一种Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉的制备方法，制备步骤如下：

步骤一、按照元素摩尔比Li:Sr:Si:Ce=2:(1-x):2:x，其中0.25 at%≤x≤10 at%称取所需的原料：含锂的化合物、含锶的化合物、含硅的化合物和含铈的化合物，其中锂过量；

步骤二、将步骤一所称取的原料充分研磨混合均匀并转移至刚玉坩埚中于空气气氛下进行高温煅烧；

步骤三、待高温炉冷却至室温时，取出样品并研磨均匀，得到Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉。

优选的是，所述步骤一中，含Li的化合物为Li的氧化物、Li的卤化物、Li的硫化物、Li的含氧酸盐等。

优选的是，所述步骤一中，含Sr的化合物为含Sr的氧化物、含Sr的碳化物、含Sr的氯化物以及含Sr的含氧酸盐等。

优选的是，所述步骤一中，含Si的化合物为含Si的氧化物、含Si的含氧酸盐、含Si的氟化物以及含Si的氢氧化物。

优选的是，所述步骤一中，含Ce的化合物为含Ce的氧化物、含Ce的含氧酸盐、含Ce的氟化物以及含Ce的氢氧化物。

优选的是，所述步骤一中，含锂的化合物的过量范围在5% - 20%。

优选的是，所述步骤二中，焙烧温度为700 - 1000℃。

优选的是，所述步骤二中，焙烧时间为2 - 10h。

本发明的原理：发光中心Ce³⁺的激发光谱3个特征宽带，分别位于240 nm - 260nm、270 nm - 290 nm、330 nm - 390 nm处，最强峰位于363 nm，其发射光谱为Ce³⁺的370 nm- 480 nm的宽带，最强峰位于403 nm；该荧光粉可被紫外光330 nm - 380 nm有效激发发射蓝光370 nm- 480 nm，最佳掺杂浓度为1 mol%。可与紫外LED芯片相匹配发射蓝光，其蓝光可被植物的光敏色素和植物色素吸收，可用做植物补光光源，荧光粉均采用高温固相法制备。本发明荧光粉以Ce³⁺作为发光中心，以Li₂SrSiO₄为基质，实现了紫光吸收和蓝光发射的光谱转换。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明首先提供一种Ce³⁺进掺杂的蓝色荧光粉，该荧光粉对的化学式为：

Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺，式中0.25at% ≤ x ≤ 10at%。荧光粉以Ce³⁺为发光离子，实现了紫外光吸收和蓝光发射，应用于紫外光LED匹配的蓝色光源，适用于植物补光光源等发光领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例1得到的Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺蓝色荧光粉的XRD图。

图2为实施例1得到的Li₂SrSiO₄:Ce³⁺蓝色荧光粉的激发光谱图。

图3为实施例1得到的Li₂SrSiO₄:Ce³⁺蓝色荧光粉的发射光谱图。

图4为实施例1、2、3、4得到的Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺的发射光谱图。

具体实施方式

所述的蓝色荧光粉化学式为Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺，式中0.25at% ≤ x ≤ 10at%，下面结合具体实施例进行详细的阐述：

实施例1

选取碳酸锂、碳酸锶、二氧化硅、氧化铈为起始原料，按照化学式Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺中各元素摩尔比Li:Sr:Si:Ce=2:(1-x):1:x，对应的x=0.02分别称取四种原料，其中碳酸锂过量15%，在刚玉研钵中研磨30分钟，将充分混合均匀的样品转入氧化铝坩埚内，并将坩埚转移至高温炉中，在900℃条件下于空气气氛下煅烧4h，待炉内温度降至室温后将样品取出并研磨均匀，得到一种Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉，其组成为Li₂Sr_0.99SiO₄:0.02Ce³⁺。

图1为实施例1得到的Li₂Sr_0.99SiO₄:0.02Ce³⁺的XRD图，从图中可以看出，谱图与Li₂SrSiO₄相一致，证明成功地制备了Li₂Sr_0.99SiO₄:0.02Ce³⁺荧光粉。图2为实施例1中得到的在403 nm监控下的Li₂Sr_0.99SiO₄:0.02Ce³⁺蓝色荧光粉的激发光谱图，从图2可以看出，该荧光粉的激光谱为Ce³⁺的3个特征宽带，分别位于240 nm - 260 nm、270 nm - 290 nm、330nm - 390 nm处，最强峰位于363 nm。图3为实施例1得到的Li₂Sr_0.99SiO₄:0.02Ce³⁺荧光粉的发射光谱图，从图3可以看出，该红色荧光粉在363 nm光激发的发射光谱为Ce³⁺的370 nm -480 nm的宽带，最强峰位于403 nm。

实施例2

选取碳酸锂、碳酸锶、二氧化硅、氧化铈为起始原料，按照化学式Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺中各元素摩尔比Li:Sr:Si:Ce=2:(1-x):1:x，对应的x=0.015分别称取四种原料，其中碳酸锂过量15%，在刚玉研钵中研磨30分钟，将充分混合均匀的样品转入氧化铝坩埚内，并将坩埚转移至高温炉中，在900℃条件下于空气气氛下煅烧4h，待炉内温度降至室温后将样品取出并研磨均匀，得到一种Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉，其组成为Li₂Sr_0.99SiO₄:0.015Ce³⁺。该荧光粉的光谱性质与实施例1类似。

实施例3

选取碳酸锂、碳酸锶、二氧化硅、氧化铈为起始原料，按照化学式Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺中各元素摩尔比Li:Sr:Si:Ce=2:(1-x):1:x，对应的x=0.01分别称取四种原料，其中碳酸锂过量15%，在刚玉研钵中研磨30分钟，将充分混合均匀的样品转入氧化铝坩埚内，并将坩埚转移至高温炉中，在900℃条件下于空气气氛下煅烧4h，待炉内温度降至室温后将样品取出并研磨均匀，得到一种Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉，其组成为Li₂Sr_0.99SiO₄:0.01Ce³⁺。该荧光粉的光谱性质与实施例1类似。

实施例4

选取碳酸锂、碳酸锶、二氧化硅、氧化铈为起始原料，按照化学式Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺中各元素摩尔比Li:Sr:Si:Ce=2:(1-x):1:x，对应的x=0.005分别称取四种原料，其中碳酸锂过量15%，在刚玉研钵中研磨30分钟，将充分混合均匀的样品转入氧化铝坩埚内，并将坩埚转移至高温炉中，在900℃条件下于空气气氛下煅烧4h，待炉内温度降至室温后将样品取出并研磨均匀，得到一种Ce³⁺掺杂的蓝色荧光粉，其组成为Li₂Sr_0.99SiO₄:0.005Ce³⁺。该荧光粉的光谱性质与实施例1类似。

图4为实施例1、2、3、4得到的Li₂Sr_(1-x)SiO₄:xCe³⁺的发射光谱图，由图4可知，所有样品的峰型和位置并无变化，而发光强度随着Ce³⁺浓度的增大先升高后降低，当Ce³⁺的掺杂浓度为1%时，Li₂Sr_0.99SiO₄:0.01Ce³⁺的发射峰强度达到最高，继续增加Ce³⁺浓度将会出现浓度猝灭的现象。这是因为开始时发射光的跃迁随着Ce³⁺浓度的增大而增多能有效提升发射光的强度，达到最大值后继续增加Ce³⁺的掺杂量会使Ce³⁺之间的间距不断减小，从而发生Ce³ ⁺之间的无辐射能量传递导致发光强度降低。

以上实施例只用于解释本发明的方法。特别指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不违背本发明原理的前提下，本领域的技术人员可以对本发明进行适当的改进和修饰，这些改进与修饰也入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种植物补光用蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照元素摩尔比Li:Sr:Si:Ce=2:(1-x):1:x，其中0.25 at% ≤ x ≤ 10 at%，

称取所需的原料：含锂的化合物、含锶的化合物、含硅的化合物和含铈的化合物，其中含锂的化合物过量，过量范围在5%-20%；

步骤二、将步骤一所称取的原料充分研磨均匀并转移至刚玉坩埚中于空气气氛下进行高温煅烧，温度为700-1000℃，时间为2-10小时；

步骤三、待高温炉冷却至室温时，取出样品并研磨均匀，最终得到蓝色荧光粉。

2.根据权利要求1所述的一种植物补光用蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，含锂的化合物为锂的氧化物、锂的氯化物、锂的硫化物、锂的含氧酸盐。

3.根据权利要求1所述的一种植物补光用蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，含锶的化合物为含锶的氧化物、含锶的碳化物、含锶的氯化物以及含锶的含氧酸盐。

4.根据权利要求1所述的一种植物补光用蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，含硅的化合物为含硅的氧化物、含硅的硫酸盐、含硅的碳酸盐、含硅的氟化物或含硅的氢氧化物。

5.根据权利要求1所述的一种植物补光用蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，含Ce的化合物为含铈的氧化物、含铈的硫酸盐、含铈的碳酸盐、含铈的氟化物或含铈的氢氧化物。