本发明专利技术提供一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料及制备方法，晶体结构为三角晶系，化学式为Li2MgMnxZr1‑xO4，激活离子为Mn4+离子，组分配比为Li：Mg：Zr：Mn=2：1：（1 ‑ x）：x，其中0.001 ≤ x ≤ 0.1。本发明专利技术还公开了此荧光材料的制备方法：准确称取含有锂的化合物、含有镁的化合物、含锆的化合物及含锰的化合物，研磨混匀后，在空气中控制温度450 ‑ 600℃预烧3 ‑ 10小时；再次研磨混匀，在空气中控制温度1150℃ ‑ 1400℃煅烧5 ‑ 20小时，随炉冷却至室温。本发明专利技术的荧光材料在220 ‑ 600 nm范围内具有宽紫外与蓝光吸收，能将紫外与蓝光高效转化为发光中心～670 nm范围为610 ‑ 790 nm的红光，此荧光材料制备工艺简单、成本低，在植物LED灯中具有应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及红色荧光材料领域，特别涉及一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料及其制备方法。
技术介绍
光合作用是植物生长发育不可缺少的重要影响因素之一，通过光质特性来控制植株形态生长是设施栽培领域的一项重要技术。植物光合作用通常需要波长在400-720nm范围的光线，其主要是通过叶绿素吸收440-480nm蓝光或640-680nm红光进行的，因此，蓝光和红光对于光合作用贡献最大。如：(1)红光有促进菊花茎段生根、叶绿素形成、碳水化合物积累以及吸收和利用的作用；(2)在快速繁殖过程中运用红光的植物生长灯补光对于促进各种植物的快速生根及提高种苗质量效果明显。植物生长LED（发光二极管）灯是以LED作为光源，其光可替代植物生长规律需要的太阳光，为植物生长发育创造环境的一种灯具。具有如下特征：(1)波长类型丰富，可以得到与植物光合成和光形态建成的光谱范围；(2)频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱；(3)可以集中特定波长的光均衡地照射作物；(4)不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；(5)系统占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了生产空间小型化；(6)强耐用性可降低运行成本。因此，植物生长LED灯适合应用于可控设施环境中的植物栽培，如：植物组织培养、设施园艺与工厂化育苗和航天生态生保系统等。在激发波长为紫外至蓝光区域的光激发下，外层电子排布为d3结构的Mn4+离子可在红光区域（600-780nm）内产生红色至深红色的发光，并可以用于制备红光LED。目前，Mn4+离子掺杂红色荧光粉研究已经被广泛地关注和报道，如：Mn4+离子掺杂铝酸盐荧光粉（Sr2MgAl22O36:Mn4+和CaAl2O4:Mn4+等）、Mn4+离子掺杂氟化物荧光粉（K2GeF6:Mn4+和BaSiF6:Mn4+等）、Mn4+离子掺杂钛酸盐荧光粉（LiGaTiO4:Mn4+和Li2TiO3:Mn4+等）。本专利技术的四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料是一种新型Mn4+离子掺杂红色荧光粉，其发光性能表明：在植物生长红色LED灯中具有潜在的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种植物LED灯用新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料，此荧光材料在紫外光和蓝光谱区具有吸收，在紫外至蓝光区域内的光激发下，发射覆盖610-790nm区间和发光中心在~670nm红色光，此红色光满足植物生长红色LED要求，其荧光具有良好的抗热淬灭特性。本专利技术的另一目的在于提供上述新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料的制备方法。本专利技术是利用价格低廉的Mn4+作为激活离子，在较温和的工艺条件和空气气氛下，采用高温固相法制备的一种新型植物生长红色LED用荧光材料。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料，该荧光材料的晶体结构为三角晶系，化学式为Li2MgMnxZr1-xO4，激活离子为Mn4+离子，元素摩尔比为：Li：Mg：Zr：Mn=2：1：（1-x）：x，其中0.001≤x≤0.1。新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料的制备方法，包括以下步骤：（1）称取原料：按元素摩尔比Li：Mg：Zr：Mn=2：1：（1-x）：x，其中0.001≤x≤0.1，分别准确称取含有锂的化合物、含有镁的化合物、含锆的化合物及含锰的化合物；（2）预烧：将步骤（1）称取的原材料经过研磨混匀后，在温度为450-600℃下，空气中预烧3-10小时；（3）烧制：将步骤（2）再次研磨混匀预烧后的样品，在温度为1150℃-1400℃下，空气中煅烧5-20小时，随炉冷却至室温，即可制得化学式为Li2MgMnxZr1-xO4的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料。步骤（2）所述预烧在空气气氛下进行。步骤（3）所述烧制在空气气氛下进行。步骤（1）所述含锂的化合物为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。步骤（1）所述含镁的化合物为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。步骤（1）所述含锆的化合物为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。步骤（1）所述含锰的化合物为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。本专利技术的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料有以下优点和特性：（1）本专利技术的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料热稳定性好，荧光强度高，显色性好，是一种性能优良的红色荧光材料。（2）本专利技术制备的四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料具有在（近）紫外和蓝色光谱区吸收，在紫外至蓝光区域内的光激发下，发射覆盖610-790nm区间和发光中心在~670nm红色荧光，其荧光具有良好的抗热淬灭特性，温度从50K升到室温300K，荧光强度和荧光寿命变化都符合国家标准，可以在荧光灯、固态LED及显示等领域获得应用。（3）本专利技术以锆酸镁锂为基质的红色荧光材料，采用高温固相法，在空气中制备，该制备方法简单易行，不需要高压和还原气氛条件，采用温和的加热升温工艺，得到性能优良的四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料。附图说明图1为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMn0.004Zr0.996O4）红色荧光材料在发射波长670nm下的激发光谱图。图2为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMn0.004Zr0.996O4）红色荧光材料在激发波长为330nm下的发射光谱图。图3为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMn0.004Zr0.996O4）红色荧光材料在激发波长为330和482nm下的发射光谱图。图4为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMnxZr1-xO4）红色荧光材料在激发波长为330nm下的不同锰离子掺杂浓度的发射光谱图。图5为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMnxZr1-xO4）红色荧光材料在激发波长为330nm下的锰离子掺杂浓度与发射光谱强度之间的关系图。图6为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMn0.004Zr0.996O4）红色荧光材料在激发波长为330nm，50-300K温度下的发射光谱图。图7为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMn0.004Zr0.996O4）红色荧光材料在激发波长为330nm，在50-300K温度范围内，发射光谱强度与温度之间的关系图。图8为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMn0.004Zr0.996O4）红色荧光材料的荧光衰减曲线，监测波长为670nm，激发波长为330nm。图9为本专利技术的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂（Li2MgMnxZr1-xO4）红色荧光材料的锰离子掺杂浓度与荧光寿命之间的关系图，监测波长为670nm，激发波长为330nm。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术实施例提供一种新型四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料。具体地，该四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料的化学分子式为Li2MgMnxZr1-xO4，激活离子为Mn4+离子，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料，其特征在于，该红色荧光材料采用四价锰离子掺杂锆酸镁锂得到，其晶体结构为三角晶系，化学式为Li2MgMnxZr1‑xO4，激活离子为Mn4+离子，元素摩尔比为：Li：Mg：Zr：Mn = 2：1：（1 ‑ x）：x，其中0.001 ≤ x ≤ 0.1。
【技术特征摘要】
1.一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料，其特征在于，该红色荧光材料采用四价锰离子掺杂锆酸镁锂得到，其晶体结构为三角晶系，化学式为Li2MgMnxZr1-xO4，激活离子为Mn4+离子，元素摩尔比为：Li：Mg：Zr：Mn=2：1：（1-x）：x，其中0.001≤x≤0.1。2.根据权利要求1所述的四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料，其特征在于，所述Mn4+摩尔百分比浓度含量优先为0.2-1.0mol%。3.根据权利要求1所述一种植物LED灯用四价锰离子掺杂锆酸镁锂红色荧光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）原料称取：按元素摩尔比Li：Mg：Zr：Mn=2：1：（1-x）：x，其中0.001≤x≤0.1，分别准确称取含有锂的化合物、含有镁的化合物、含锆的化合物及含锰的化合物；（2）预烧：步骤（1）称取的原料经过研磨混匀后，在温度为450-600℃下，空气中预烧3-10小时；（3）烧制：再次研磨混匀预烧后的样品，在温度为1150℃-1400℃下，空...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹人平，权冠军，罗小兵，石智慧，黄及军，曾祥锋，张金龙，王无敌，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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