用于植物光控发育的发光材料及其制备方法与发光装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于植物光控发育的发光材料及其制备方法与发光装置，涉及固态半导体照明与光合农业领域，基于含有730nm远红光的植物生长灯价格昂贵、缺乏能够把蓝光转化为满足植物生理活性Pfr态需求的发光材料的问题而提出的，本发明专利技术发光材料的化学通式为A3BF6:Cr，其中A为一价金属离子Li、Na、K、Rb或Cs中的一种或几种，B为三价金属离子Al、Ga、Sc、Y或La中的一种或几种，本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术提供的用于植物光控发育的远红光发光材料，其发射波长与植物光敏色素生理活性Pfr态吸收波长相匹配，利用远红光荧光材料封装LED器件比利用远红光LED芯片的生产成本低，能延长现有LED蓝光芯片生长工艺和设备的使用寿命，制备方法简单，能降低生产成本。

Luminescent Materials for Plant Light-Controlled Development and Their Preparation Methods and Luminescent Devices

The invention discloses a luminescent material for plant photocontrol development, a preparation method and a luminescent device, which relates to the field of solid-state semiconductor lighting and photosynthetic agriculture. It is based on the problem that the plant growth lamp containing 730 nm far red light is expensive and lacks the luminescent material capable of converting blue light into light-emitting material to meet the needs of plant physiological active Pfr ecosystem. The chemical formula of the luminescent material of the present invention is A3BF6:Cr, in which A is one or more of the monovalent metal ions Li, Na, K, Rb or Cs and B is one or more of the trivalent metal ions Al, Ga, Sc, Y or La. The beneficial effect of the present invention is that the far red luminescent material provided by the present invention is used for plant photocontrolled development. Its emission wavelength matches the physiological active Pfr absorption wavelength of plant photosensitive pigments. The production cost of encapsulating LED devices with far red fluorescent materials is lower than that of far red LED chips. It can prolong the life of existing LED blue chip growth process and equipment. The preparation method is simple and the production cost can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
用于植物光控发育的发光材料及其制备方法与发光装置
本专利技术涉及固态半导体照明与光合农业领域，具体涉及一种用于植物光控发育的发光材料及其制备方法与应用。
技术介绍
光不仅是植物光合作用的能量来源，而且作为一种重要的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。光学农业主要是利用人造光源为光合作用提供营养或者通过光周期调控植物发芽、生长、开花等活动，以促进生长，提高生产率。通常将光控植物生长、发育和分化过程称为光形态建成，又称光控发育。植物的光形态建成与光合作用是两个独立的过程。在光合作用过程中，光以能量的方式影响植物生长，而在光形态建成过程中光作为一种信号在起作用。叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，叶绿体主要利用叶绿素与其它辅助光合色素吸收太阳光，把CO2与水转化为糖，将光能转化为化学能。高等植物与藻类微生物叶绿体内通常含有叶绿素(分为叶绿素a和b)、类胡萝卜素、胡萝卜素、叶黄素和藻胆素(藻黄素和藻红蛋白)，还有一些含有玉米黄素、番茄红素等。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光(380-500nm)和红光(620-700nm)，胡萝卜素、叶黄素、玉米黄素和番茄红素吸收蓝绿光(400-550nm)，所以，光合作用所需的波长主要是蓝紫光和红光。植物光形态建成主要受光敏色素控制，光敏色素存在两种可以相互转换的状态，Pr基态吸收一个红光光子之后，通过能量弛豫，转换为生理活性Pfr态；当处于生理活性Pfr态的光敏色素吸收一个远红光光子之后，又转换为Pr基态。因而，Pr基态与生理活性Pfr态的交替变换，是植物生理活性的控制开关。对于长照植物与短照植物，采用不同比例的红光与远红光进行照射，即可以控制植物的生长周期。与植物光合作用不同的是，光形态建成主要依靠吸收红光与远红光完成。Pr基态吸收波长峰值约为660nm，生理活性Pfr态吸收波长峰值为730nm，因不同植物略有差异，但是Pr基态与生理活性Pfr态的吸收波长范围都在500-800nm。长期以来在农业领域使用的人工光源主要由高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，但是这些光源能耗大、运行费用高、光利用率不高。LED具有能效高、能耗低、节能、环保、寿命长、可靠性高、体积小、结构紧凑、耐振性好等特点，被认为是光合农业与生物领域最有前途的人工光源。目前，商业化的LED植物生长灯有两种类型，一类是含有蓝色与红色光谱成分，这类灯具适于作物生长的光合作用补光；另一类含有蓝、红和远红光成分，这类灯具不仅可以为光合作用提供能量，而且能够控制植物发育。植物生长灯的蓝光LED灯珠是利用蓝光芯片直接封装而成的，红光LED灯珠主要是利用蓝光芯片激发CaAlSiN3:Eu红色荧光粉封装；而用于光形态建成的远红光LED灯珠主要是利用发射峰值波长为730nm远红光LED芯片直接封装而成。对于同样尺寸规格的植物生长灯，一旦含有730nm远红光，其售价比不含远红光的前一种灯具价格翻几倍。在半导体照明产业，最成熟的芯片生长工艺以及用于此类芯片生长的最大量的MOVCD机台设备是蓝光芯片。在现有蓝光LED芯片工艺与装备基础上，如果利用荧光材料能把LED芯片发射的蓝光转化为波长峰值为730nm的远红光，不仅可以延长现有MOVCD机台设备与制备工艺的寿命，而且有望大幅降低后一种类型LED植物生长灯的售价，但这种技术路线所面临的挑战和关键难题在于缺乏能够把蓝光转化为满足植物生理活性Pfr态需求的远红光荧光材料。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于含有730nm远红光的植物生长灯价格昂贵、缺乏能够把蓝光转化为满足植物生理活性Pfr态需求的发光材料。本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种用于植物光控发育的发光材料，其化学通式为A3BF6:Cr，其中A为一价金属离子Li、Na、K、Rb或Cs中的一种或几种，B为三价金属离子Al、Ga、Sc、Y或La中的一种或几种。优选的，所述用于植物光控发育的发光材料的化学通式为[A3(B1-xCrx)]F6，其中0<x<1.0。本专利技术还提供一种用于植物光控发育的发光材料的制备方法，包括以下步骤：(1)根据x的取值称取CrF3、AF和A3BF3，其中AF与A3BF6的摩尔比为0:1-3:1；(2)将CrF3倒入聚氟乙烯反应器中，加入氢氟酸，搅拌使其溶解；(3)往步骤(2)的产物中加入AF，待AF溶解后加入A3BF6，将反应器密封，搅拌反应10-360min；(4)待步骤(3)反应结束后，停止搅拌，对反应产物进行抽滤，使用丙酮反复冲洗反应产物，直至检测不出酸性；(5)取反应产物于70℃真空条件下烘干，即得到用于植物光控发育的发光材料。优选的，所述x取值为0.06。优选的，所述CrF3、AF和A3BF6所有固体的质量与CrF3、AF和A3BF6所有固体与氢氟酸液体质量之和的比为40％。优选的，所述AF与A3BF6的摩尔比为2:1。本专利技术还提供用于植物光控发育的发光装置，所述发光装置包括发射波长在400-480nm范围的LED芯片、用于植物光控发育的发光材料、LED支架。优选的，所述发光装置包括发射波长在400-480nm范围的LED芯片、用于植物光控发育的发光材料、发射波长在640nm以上的红色荧光粉、LED支架。优选的，所述红色荧光粉为(Ca1-zEuz)(0.5+0.5y)AlySi2-yN3，其中1.0<y<2.0，0<z<0.05。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术提供的用于植物光控发育的发光材料，其发射波长与植物光敏色素生理活性Pfr态吸收波长相匹配，能将蓝光转化为满足植物生理活性Pfr态需求的远红光；(2)本专利技术提供的用于植物光控发育的发光材料以及利用远红光荧光材料取代远红光芯片的技术路线，制程简单，生产成本低。(3)本专利技术利用LED芯片发射的蓝光作为激发源，通过搭配本专利技术中的发光材料，能够满足植物光敏色素Pr基态与生理活性Pfr态吸收波长需要，延长生长LED蓝光芯片工艺和MOVCD机台设备的使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例1中不同Cr3+浓度的K3AlF6:Cr3+荧光粉XRD图谱；图2为本专利技术实施例1中不同Cr3+浓度的K3AlF6:Cr3+荧光粉激发光谱；图3为本专利技术实施例1中不同Cr3+浓度的K3AlF6:Cr3+荧光粉在450nm激发下的发射光谱；图4为本专利技术实施例1中不同Cr3+浓度的K3AlF6:Cr3+荧光粉在623nm激发下的发射光谱；图5为本专利技术实施例2中不同固液比反应体系中合成K3AlF6:Cr3+荧光粉XRD图谱；图6为本专利技术实施例2中不同固液比反应体系中合成K3AlF6:Cr3+荧光粉在731nm发射测得的激发光谱；图7为本专利技术实施例2中不同固液比反应体系中合成K3AlF6:Cr3+荧光粉在450nm激发下的发射光谱；图8为本专利技术实施例2中不同固液比反应体系中合成K3AlF6:Cr3+荧光粉在623nm激发下的发射光谱；图9为本专利技术实施例3中(K1-xNax)3Al0.94Cr0.06F6荧光粉的XRD图谱；图10为本专利技术实施例3中(K1-xNax)3Al0.94Cr0.06F6荧光粉在450nm激发下的发射光谱；图11为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于植物光控发育的发光材料，其特征在于：其化学通式为A3BF6:Cr，其中A为一价金属离子Li、Na、K、Rb或Cs中的一种或几种，B为三价金属离子Al、Ga、Sc、Y或La中的一种或几种，所述Cr3+取代A3BF6中的B格位。

【技术特征摘要】
1.一种用于植物光控发育的发光材料，其特征在于：其化学通式为A3BF6:Cr，其中A为一价金属离子Li、Na、K、Rb或Cs中的一种或几种，B为三价金属离子Al、Ga、Sc、Y或La中的一种或几种，所述Cr3+取代A3BF6中的B格位。2.根据权利要求1所述的用于植物光控发育的发光材料，其特征在于：所述用于植物光控发育的发光材料的化学通式为[A3(B1-xCrx)]F6，其中0<x<1.0。3.根据权利要求1所述的用于植物光控发育的发光材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)根据x的取值称取CrF3、AF和A3BF3，其中AF与A3BF6的摩尔比为0:1-3:1；(2)将CrF3倒入聚氟乙烯反应器中，加入氢氟酸，搅拌使其溶解；(3)往步骤(2)的产物中加入AF，待AF溶解后加入A3BF6，将反应器密封，搅拌反应10-360min；(4)待步骤(3)反应结束后，停止搅拌，对反应产物进行抽滤，使用丙酮反复冲洗反应产物，直至检测不出酸性；(5)取反应产物于70℃真空条件下烘干，即得到用于植物光控发育的发光材料。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，何良锐，陈杰，田云飞，王家龙，程鹏，张秋红，倪海勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，广东省稀有金属研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34