一种植物生长led灯用红色荧光材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及红色荧光材料领域，特别涉及一种植物生长LED灯用四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。植物光合作用需要波长在400?720nm左右的光线，主要通过叶绿素吸收440?480nm(蓝色)的光线以及640?680nm(红色)进行光合作用。LED灯具有许多不同于其他电光源的特点(节能、环保、无毒、寿命长等)，完全能够满足植物生长对红色光线的要求。如:(I)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)在快繁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。植物生长红光LED灯是种植物灯的一种，可以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。
[0003]Mn4+离子外层电子排布为d3结构，在激发波长为紫外至蓝光区域的光激发下，可在红光区域(600-750 nm)内产生红色至深红色的发光，因此Mn4+离子掺杂红色荧光粉可以用来制备红光LED。1947年，Williams等第一次发现Mn4+掺杂锗酸镁发射红色荧光；1960年，Kemeny等发现3.5Mg0.0.5MgF2.GeO2: Mn4+荧光粉可以发射红色荧光，并且3.5Mg0.0.5MgF2.GeO2 = Mn4+荧光粉成为市场上的红色商用粉。目前，已经报道的Mn4+离子掺杂红色荧光粉在LED植物生长灯中的实际应用性还不是很理想，所以为了得到合格的植物生长红光LED灯，研究新型Mn4+离子掺杂红色荧光粉具有特殊意义。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种新型植物生长LED灯用红色荧光材料，该红色荧光材料为四价锰离子掺杂钛酸镓锂，具有在紫外光和蓝光谱区吸收，在紫外至蓝光区域内的光激发下，具有覆盖600?780 nm区间和发光中心在?668 nm红色荧光，其荧光具有良好的抗热淬灭特性。
[0005]本发明的另一目的在于提供上述新型植物生长LED灯用四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料的制备方法。本发明是利用价格低廉的四价锰离子作为激活离子，可以在较温和条件和空气气氛下，采用高温固相法制备具有良好的抗热淬灭特性的新型植物生长LED灯用红色荧光材料。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案实现:
新型植物生长LED灯用红色荧光材料，该红色荧光材料为四价锰离子掺杂钛酸镓锂，其晶体结构为正交晶系，化学组成分子式为LiGaTi04:Mn4+，激活离子为Mn4+离子，元素摩尔比Li:Ga:Ti:Mn = 1:1:(1 - x):x，其中0.001 < x < 0.1。
[0007]新型植物生长LED灯用四价锰离子掺杂钛酸镓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L1:Ga:T1:Mn= 1:1:(1 - x):x，其中0.001 < x <
0.1，分别准确称取含有锂的化合物原料、含有镓的化合物原料、含钛的化合物原料及含锰的化合物原料；
(2)预烧:将步骤(I)称取的原料经过研磨混匀后，在温度为450?600°C下预烧3?10小时；
(3)烧制:将步骤(2)预烧后的样品取出，再次研磨混匀后，在温度为900°C_1100°C下烧制5?10小时，随炉冷却至室温，即可制得化学组成为LiGaT1cMn4+的新型植物生长LED灯用四价锰离子掺杂铌酸镁锂红色荧光材料。
[0008]步骤(2)所述预烧在空气气氛下进行。
[0009]步骤(3)所述烧制在空气气氛下进行。
[0010]步骤(I)所述含锂化合物原料为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
[0011 ]步骤(I)所述含镓化合物原料为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
[0012]步骤(I)所述含钛化合物原料为硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
[0013]步骤(I)所述含锰化合物原料为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
[0014]本发明的新型植物生长LED灯用红色荧光材料有以下优点和有益效果:
(I)本发明的新型植物生长LED灯用红色荧光材料为四价锰离子掺杂钛酸镓锂，其热稳定性好，荧光强度高，显色性好，是一种性能优良的红色荧光粉材料。
[0015](2)本发明制备的新型植物生长LED灯用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，具有覆盖600?780 nm区间和发光中心在约668 nm红色荧光，其荧光具有良好的抗热淬灭特性，温度对其荧光强度和荧光寿命影响小，可以在荧光灯、固态LED及显示等领域获得应用。
[0016](3)本发明以钛酸镓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，不需要高温高压条件，采用合适和温和的加热升温工艺，得到性能优良的植物生长LED灯用红色荧光材料。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT1cMn4+)在发射波长668 nm下的激发光谱图。
[0018]图2为本发明的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT1cMn4+)在激发波长为330 nm下的发射光谱图。
[0019]图3为本发明的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT1cMn4+)在激发波长为330、395和480 nm下的发射光谱图。
[0020]图4为本发明的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT1cMn4+)在激发波长为330 nm下的时间分辨发射光谱图。
[0021]图5为本发明的实施例1制备的新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT1cMn4+)的荧光衰减曲线，监测波长为668 nm，激发波长为330 nm。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0023 ]本发明实施例提供一种新型植物生长LED灯用红色荧光材料。
[0024]具体地，该红色荧光材料为四价锰离子掺杂钛酸镓锂，其化学组成分子式为LiGaT14:Mn4+，激活离子为Mn4+离子，Mn4+离子取代Ti4+离子，元素摩尔比为L1: Ga: T1:Mn =1:1:(1 - x):x，其中0.001 < X < 0.1。
[0025]实施例1
选取含有锂的化合物原料、含有镓的化合物原料、含钛的化合物原料及含锰的化合物原料作起始原料，按照元素摩尔比L1:Ga:T1:Mn = 1:1:(1 - x):x，分别准确称取四种原料，其中X 分别取0.001、0.002、0.004、0.006、0.008，0.01、0.12、0.02、0.04、0.06、0.08、
0.1。分别称取碳酸锂、氧化镓、二氧化钛及二氧化锰四种化学品原料，控制混合物总重为20克左右。20克混合物经球磨混匀后，放入刚玉坩祸，然后将坩祸放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩祸中溢出，样品在450°C预烧9小时。将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩祸，在1100°C烧5小时，随炉自然冷却至室温，即可制得新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT14 = Mn4+) ;X射线衍射分析表明制备的红色荧光材料为钛酸镓锂的纯相。
[0026]本实施例制备的新型四价锰离子掺杂钛酸镓锂红色荧光材料(LiGaT1cMn4+)在200?600 nm范围内分别存在330、395和480 nm激发峰(见图1)，其中，在330或395 nm的激发峰与目前商用的(近)紫外芯片相匹配，在480 n