一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉及其制备方法，所述红色荧光粉的表达式为：Sr4‑

【技术实现步骤摘要】
一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉及其制备方法


[0001]本专利技术属于发光材料
，涉及一种发射波长位于650
‑
660nm的红色荧光粉及其制备方法，尤其涉及一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳光谱对植物的生长尤为重要。一般来说，来自太阳光谱的三个区域是植物生长所需的辐照光，分别是蓝色光(400
‑
500nm)、红色光(640
‑
660nm)和远红外光(730
‑
735nm)，分别负责植物的光向性、光合作用和光形态发生。因此，通过获得适合植物生长的发射带，从而用于植物生长的光转换材料越来越受到人们的关注。其中，由于红光对植物的开花和成熟阶段影响最大，因此，对植物生长最重要的是位于红光区域的光（640
‑
660nm），植物的生长过程中对该波段光的利用效率最高，提高植物对该区域光波的光能利用率可以促进植物的生长速度，提高产量。
[0003]目前，用于植物生长的光转换材料多指荧光粉，且多与LED灯结合发挥植物生长促进作用，即制成LED植物生长灯。为了更好地促进经济作物的生长，LED植物生长灯大多数采用高成本的氮化物CaAlSiN3:Eu
2+
（1113、258）红光荧光粉。但将该红光荧光粉用于LED灯存在诸多缺点：一方面，LED植物生长灯的光谱部分与植物光合作用吸收的光谱波段差异较大，如1113荧光粉只能调节到650nm，然而此时荧光粉的发光效率已经低于50%了；再如，258荧光粉其吸收波长最大只能调节到645nm，然而在该波长下荧光粉的热稳定性已经非常低了，对光源利用率不高，会消耗大量电力资源，从而增加种植成本，造成资源浪费。另一方面，氮化物荧光粉的合成条件极为苛刻，需要极高的温度（1850℃以上）和压力（1MPa以上），从而限制了其广泛使用，同时，合成氮化物荧光粉所用的原料氮化钙/锶目前属于稀缺原料，氮化硅也仅仅只有少数几家公司可以生产，目前常用的还是日本UBE的E10原料，稀土Eu元素以氟化铕、氮化铕为主，都是稀缺资源。
[0004]在研究过程中我们也发现了其他类似的报道濑户孝俊等人的研究（CN113088283A），其采用Mg
2+
+Mn
4+
取代Al
3+
达到电荷补偿的目的，用Ln
3+
离子掺杂打破发光弛豫，其激活剂离子Mn的浓度为0.014。本专利技术在研究过程中也重复出了类似的结果，然而本专利技术采用K
+
和N3‑
离子共掺杂实现Mn
4+
替代Al
3+
的电荷平衡，得到了不一样的结果，Mn离子的掺杂浓度进一步增大，最佳浓度由原来的0.015附近变为本专利技术的0.05附近，浓度增大了3倍，并且发光强度也增大了30%，与对比专利相比本专利技术荧光粉稳定性更好，可能是由于对比专利的荧光粉基体还未实现电荷平衡的缘故。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有CaAlSiN3:Eu
2+
（1113、258）红光荧光粉存在的与植物光合作用吸收的光谱波段差异较大、难以合成，并且发射光谱太宽，有一部分光已经超出了
630
‑
680nm的光合作用范围等问题，提供了一种发射光谱位于650
‑
660nm、且发光强度好、热稳定性好的荧光粉，将其与LED蓝光芯片相结合制成植物生长灯。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述荧光粉的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉，该红色荧光粉的表达式为：Sr4‑
x
A
x
Al
14
‑
y
Mn
y
O
25
‑
z
N
z
，式中：A为Na
+
、K
+
、Rb
+
离子中的任意一种，Mn为Mn
4+
离子；y=x+z，其中0＜y≤1，0＜x≤1，0＜z≤1，红色荧光粉发射波长位于650
‑
660nm之间。
[0008]作为本专利技术技术方案的优选，所述LED蓝光芯片的发射波长为450nm。
[0009]本专利技术提供的一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按照红色荧光粉的表达式Sr4‑
x
A
x
Al
14
‑
y
Mn
y
O
25
‑
z
N
z
，以化学计量比分别称取碳酸锶、氧化铝、氮化铝和二氧化锰，并加入助熔剂氟化铝混合均匀，得到混合物粉末；步骤2：将步骤1中混合物粉末装入刚玉坩埚，在惰性气氛保护下于1300
‑
1400℃下煅烧4
‑
8h，然后随炉冷却至室温，得到煅烧物；步骤3：将步骤2中煅烧物研磨成粉末，先于1mol/L的盐酸中搅拌清洗40
‑
60min，然后用温度为60
‑
70℃的去离子水清洗至电导率小于10us/cm后脱水，置于干燥箱中，于110
‑
120℃下干燥7
‑
9h使荧光粉彻底干燥，得到荧光粉成品。
[0010]进一步地，步骤1中，混合物粉末中还包括助熔剂氟化铝，可以获得类似球形的荧光粉颗粒，发光强度和热稳定性进一步提升。
[0011]进一步地，步骤1中，助熔剂氟化铝的含量为含氧组分总重量的1
‑
5%，助熔剂含量太低，荧光粉性能提升效果不明显，含量太高荧光粉颗粒太大，不利于后期的使用。优选地，助熔剂氟化铝的含量为含氧组分总重量的3%，可以得到发光强度和热稳定性俱佳、颗粒适中的荧光粉颗粒。
[0012]进一步地，所述红色荧光粉的化学表达式为Sr
3.975
K
0.025
Al
13.95
Mn
0.05
O
24.975
N
0.025
。Mn
4+
离子的浓度也是影响发光性能的关键因素其浓度在0.05为最佳。浓度过小发光强度不足与提高，浓度太高则引起浓度猝灭。
[0013]由于本专利技术中氮源采用的是AlN，AlN在氮气和氩气保护的惰性气氛下烧结可使荧光粉的发光强度和稳定性得到提升，因此，本专利技术步骤2中，选择将刚玉坩埚置于氮气或氩气的惰性气氛管式炉中煅烧。
[0014]本专利技术采用Mn
4+
取代Sr4Al
14
O
25
中六配位Al
3+
的位置后，又采用 K
+
掺杂进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉，其特征在于，所述红色荧光粉的表达式为：Sr4‑
x
A
x
Al
14
‑
y
Mn
y
O
25
‑
z
N
z
，式中：A为Na
+
、K
+
、Rb
+
离子中的任意一种，Mn为Mn
4+
离子；y=x+z，其中0＜y≤0.1，0.014＜x≤0.1，0＜z≤0.1，红色荧光粉发射波长位于650
‑
660nm之间。2.根据权利要求1所述的一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉，其特征在于，所述LED蓝光芯片的发射波长为450nm。3.根据权利要求1所述的一种能与LED蓝光芯片复合成植物生长灯的红色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按照红色荧光粉的表达式Sr4‑
x
A
x
Al
14
‑
y
Mn
y
O
25
‑
z
N
z
，以化学计量比分别称取碳酸锶、氧化铝、氮化铝和二氧化锰，混合均匀，得到混合物粉末；步骤2：将步骤1中混合物粉末装入刚玉坩埚，在惰性气氛保护下于1300
‑
1400℃下煅烧4...

【专利技术属性】
技术研发人员：常秉淳，
申请(专利权)人：光源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：