一种红色发光玻璃陶瓷、其制备方法及植物灯与流程

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本发明涉及无机发光材料领域，尤其涉及一种红色发光玻璃陶瓷、其制备方法及植物灯。

背景技术：

植物灯为适用于植物补光的光源。植物灯对于植物工厂发展起着至关重要的作用。植物灯对植物生长影响的因素包括植物灯光源的光质和光的强度。

特别地，为了匹配植物光合作用的波长吸收范围，植物灯通常为红蓝复合led光源。现在市场上的红蓝复合led光源主要是由波长460nm的蓝光和660nm的红光组成，其中，这种红光能够迎合植物生长的需要，而这种蓝光则由于叶绿体a的最大蓝光吸收波长与叶绿体b和胡萝卜素不一致导致不能够完全迎合植物生长的需要。具体地，叶绿体a的最大蓝光吸收波长位于430nm附近，在460nm处几乎没有吸收，而叶绿体b和胡萝卜素在420-470nm波长范围都有吸收，可见，市场上主流的红蓝复合led光源的蓝光尚无法满足叶绿体a、叶绿体b和胡萝卜素的充分吸收需求。

另一方面，现有技术的红蓝复合led光源的构成方式分为两种，一种通过红、蓝两种led芯片组装而成，另一种通过在蓝光led芯片上封装红色荧光粉制成。

其中，通过红、蓝两种led芯片组装而成的红蓝复合led光源，在调控红光和蓝光比例时要求装配高级的电路系统，进而通过改变电流或电压等参数实现对红光和蓝光比例的调控。

而通过在蓝光led芯片上封装红色荧光粉制成的红蓝复合led光源，可以通过更改荧光粉的浓度实现对红光和蓝光比例的调控。

上述通过在蓝光led芯片上封装红色荧光粉制成的红蓝复合led光源相比较通过红、蓝两种led芯片组装而成的红蓝复合led光源，红光和蓝光比例的调控方式快速简单，更能迎合植物工厂多种多样的应用需要。

通过在蓝光led芯片上封装红色荧光粉制成的红蓝复合led光源一般的制备方法为：将红色荧光粉和环氧树脂或有机硅树脂混合之后涂覆到led芯片上，制成红蓝复合led灯。

通过在蓝光led芯片上封装红色荧光粉制成的红蓝复合led光源的不足为：

1、由于环氧树脂和有机硅树脂的热导率较低，所以当蓝光led芯片照明时间增加时，蓝光led芯片产生的热量加快环氧树脂和有机硅树脂老化速度，从而影响整体光源质量和发光强度，这种影响在大功率的红蓝复合led光源中更为明显；

2、这种红蓝复合led灯都是一次性的，不能拆卸重复利用，进而造成成本增加；

3、一般的红色荧光粉为了激发660nm波长的红光，需要蓝光led芯片发射波长460nm的蓝光，这样红光才能被激发，而如前所述，460nm的蓝光并不能使植物的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素充分吸收。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种红色发光玻璃陶瓷、其制备方法，其能够为红蓝复合led光源提供最佳波长的红光，而且其红光能够被最佳波长的蓝光所激发。

本发明的目的还在于提供一种植物灯，用以解决用于促进植物生长的红蓝复合led光源中，蓝光波长不理想的技术问题，并且能够解决现有技术中封装材料老化带来的光源质量和发光强度下降的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种红色发光玻璃陶瓷。具体地，该红色发光玻璃陶瓷由红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉制成，其中，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为1-6:94-99；

红色荧光粉为3.5mgo·0.5mgf2·geo2:mn⁴⁺。

进一步地，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为5-6:94-95。

进一步地，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为6:94。

进一步地，硅酸盐玻璃粉包括sio2、na2co3、al2o3和cao；

其中，sio2、na2co3、al2o3和cao的摩尔比为50-60:20-30:5-10:4-8。

进一步地，sio2、na2co3、al2o3和cao的摩尔比为58-60:24-27:8-10:5-6。

进一步地，sio2、na2co3、al2o3和cao的摩尔比为60:25:9:6。

本发明还提供一种红色发光玻璃陶瓷制备方法，用于制备上述的红色发光玻璃陶瓷，其包括如下步骤：

步骤1：按上述的红色发光玻璃陶瓷的成分质量比准备红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉；

步骤2：将步骤1准备的红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉混合均匀得到混合料，取适量混合料置于模具中，并施加压力制成压片；

步骤3：将步骤2得到的压片置于电阻炉中，高温烧结，并随炉冷却到室温得到烧结压片；

步骤4：将步骤3得到的烧结压片切割、打磨和抛光得到红色发光玻璃陶瓷。

进一步地，步骤1中：

硅酸盐玻璃粉的制备方法包括如下步骤，

s1、按上述的红色发光玻璃陶瓷的成分摩尔比准备sio2粉、na2co3粉、al2o3粉和cao粉；

s2、将s1准备的sio2粉、na2co3粉、al2o3粉和cao粉混合均匀，并置于电阻炉中；

s3、在电阻炉中进行热处理得到流体混合物，热处理温度为1200-1400℃，热处理时间为3-5h；

s4、将s3中的流体混合物取出并浇筑在耐高温板上，冷却到室温得到冷却混合物；

s5、将s4得到的冷却混合物粉碎得到硅酸盐玻璃粉。

进一步地，s3中：

热处理温度为1200-1300℃，热处理时间为3-4h。

进一步地，s3中：

热处理温度为1300℃，热处理时间为3h。

进一步地，步骤4中：

得到的红色发光玻璃陶瓷的厚度为0.5-1.3mm。

进一步地，步骤2中：

施加的压力为20-40mpa。

步骤3中：

高温烧结的升温速度为5-10℃/min，温度为650-700℃，保温时间为0.5-1h。

进一步地，步骤2中：

施加的压力为30mpa。

步骤3中：

高温烧结的升温速度为5℃/min，温度为680℃，保温时间为0.5h。

本发明还提供一种植物灯，包括一蓝光led芯片，蓝光led芯片由上述红色发光玻璃陶瓷封装，蓝光led芯片的发射波长为420nm。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的红色发光玻璃陶瓷，3.5mgo·0.5mgf2·geo2:mn⁴⁺红色荧光粉能够被420nm的蓝光led芯片所激发，得到的红色发光玻璃陶瓷的红光波长在660nm附近，当把这种红色发光玻璃陶瓷应用到植物灯时，660nm附近的红光更加适合植物生长的需要。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，用作led封装材料，其中，红色荧光粉的作用为转光作用，硅酸盐玻璃粉的作用为封装作用。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，热导率高达1.671wm^-1k^-1，是环氧树脂或有机硅树脂等树脂封装材料的5-8倍，在相同功率和相同发射波长的led芯片作用下，本发明的红色发光玻璃陶瓷能够将led芯片生成的能量及时传递到周围介质中，保证本发明的红色发光玻璃陶瓷不会因局部高温而被烘烤，从而使得其老化速度比环氧树脂或有机硅树脂等树脂封装材料的老化速度慢，进而使得利用本发明的红色发光玻璃陶瓷包封的led芯片的光源质量和光的强度不会因为照明时间的增加而变差。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，因为及时将其包封的led芯片产生的能量传递到了周围介质，起到了保护红色荧光粉的作用。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，因为热导率高，因此更适应与大功率led芯片组装，满足大功率led芯片对导热的需求。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，因为其老化速度比环氧树脂或有机硅树脂等树脂封装材料的老化速度慢，因此使用寿命得到增加，性价比更高。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，具有优异的热稳定性，在led芯片长时间照明作用后各个波长的透过率衰减不明显。

本发明的红色发光玻璃陶瓷制备方法用于制备上述红色发光玻璃陶瓷。

本发明的植物灯，蓝光led芯片的波长为420nm，利用该波长的蓝光led芯片激发上述红色发光玻璃陶瓷中的红色荧光粉，使得得到的植物灯的红光部分的波长为660nm，蓝光部分的波长为420nm，这个波长的红光能够迎合植物生长的需要，这个蓝光波长也能够被植物的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素充分吸收。

本发明的植物灯，植物灯的红蓝光比例可以通过更换不同厚度或者不同红色荧光粉浓度的红色发光玻璃陶瓷来控制。

本发明的植物灯，在调控发射光谱的时候，可以通过更换不同厚度或者不同红色荧光粉浓度的红色发光玻璃陶瓷来控制。

本发明的植物灯，调控发射光谱的方式和调控红蓝光比例的方式都是直接更换红色发光玻璃陶瓷，调控方式简单快捷。

本发明的植物灯，可以通过更换红色发光玻璃陶瓷满足不同植物照明的应用要求，增加植物灯中红色发光玻璃陶瓷的重复利用率，减少制造成本，提高制备效率。

综上，本发明的红色发光玻璃陶瓷、其制备方法能够为红蓝复合led光源提供最佳波长的红光，而且其红光能够被最佳波长的蓝光所激发。此外，本发明的红色发光玻璃陶瓷寿命得到增加，性价比更高，热稳定性优异，更适应与大功率led芯片组装。

本发明的植物灯，不仅解决了用于促进植物生长的红蓝复合led光源中，蓝光波长不理想的技术问题，并且解决了现有技术中封装材料老化带来的光源质量和发光强度下降的问题。此外，本发明的植物灯的红蓝光比例和发射光谱的调控方式多样，调控过程简单快捷，更容易满足植物照明的应用要求。

附图说明

图1为实施例一至实施例六的红色发光玻璃陶瓷在自然光和420nm蓝光led芯片照射下的效果图；

图2为实施例一至实施例六的红色发光玻璃陶瓷的发射谱图；

图3为实施例六至实施例十不同厚度的红色发光玻璃陶瓷的发射强度比较图；

图4为实施例一至实施例六红色发光玻璃陶瓷表面的激光共聚焦镜扫描图；

图5为实施例六立体激光共聚焦镜扫描图；

图6为实施例六红色发光玻璃陶瓷与红色荧光粉的相对强度和色坐标偏移对比图；

图7为实施例一至实施例六红色发光玻璃陶瓷与蓝光led芯片组装而成的植物灯电致发光光谱图；

图8为实施例六至实施例十红色发光玻璃陶瓷与蓝光led芯片组装而成的植物灯电致发光光谱图；

图9为实施例十红色发光玻璃陶瓷与蓝光led芯片组装而成的植物灯的实物图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明的红色发光玻璃陶瓷制备方法用于制备红色发光玻璃陶瓷，本发明的植物灯由红色发光玻璃陶瓷包封蓝光led芯片制成。

红色发光玻璃陶瓷

本发明的红色发光玻璃陶瓷，由质量比为1-6:94-99的红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉制成，其中，红色荧光粉为3.5mgo·0.5mgf2·geo2:mn⁴⁺，这种红色荧光粉可以在市面上购买得到。

优选地，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为5-6:94-95，进一步优选地，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为6:94。

其中，硅酸盐玻璃粉包括sio2、na2co3、al2o3和cao，而sio2、na2co3、al2o3和cao的摩尔比为50-60:20-30:5-10:4-8，优选地，sio2、na2co3、al2o3和cao的摩尔比为58-60:24-27:8-10:5-6，进一步优选地，sio2、na2co3、al2o3和cao的摩尔比为60:25:9:6。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，3.5mgo·0.5mgf2·geo2:mn⁴⁺红色荧光粉能够被420nm的蓝光led芯片所激发，得到的红色发光玻璃陶瓷的发射波长在660nm附近，当把这种红色发光玻璃陶瓷应用到植物灯时，660nm附近的红光更加适合植物生长的需要。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，用作led封装材料，其中，红色荧光粉的作用为转光作用，硅酸盐玻璃粉的作用为封装作用。

热导率高

本发明的红色发光玻璃陶瓷，因为热导率高，因此更适应与大功率led芯片组装，满足大功率led芯片对导热的需求。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，因为及时将其包封的led芯片产生的能量传递到了周围介质，起到了保护红色荧光粉的作用。

热稳定性好

本发明的红色发光玻璃陶瓷，因为其老化速度比环氧树脂或有机硅树脂等树脂封装材料的老化速度慢，因此使用寿命得到增加，性价比更高。

本发明的红色发光玻璃陶瓷，具有优异的热稳定性，在led芯片长时间照明作用后各个波长的透过率衰减不明显。

红色发光玻璃陶瓷制备方法

本发明的一种红色发光玻璃陶瓷制备方法，其包括如下步骤：

步骤1：准备红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉；

步骤2：将步骤1准备的红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉混合均匀得到混合料，取适量混合料置于模具中，并施加压力制成压片；

步骤3：将步骤2得到的压片置于电阻炉中，高温烧结，并随炉冷却到室温得到烧结压片；

步骤4：将步骤3得到的烧结压片切割、打磨和抛光得到红色发光玻璃陶瓷。

步骤1中：

红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉按质量比为1-6:94-99准备，优选地，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为5-6:94-95，进一步优选地，红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉的质量比为6:94。

其中，红色荧光粉为3.5mgo·0.5mgf2·geo2:mn⁴⁺，这种红色荧光粉可以在市面上购买得到。

进一步地，上述的硅酸盐玻璃粉的制备方法包括如下步骤：

s1、按上述硅酸盐玻璃粉准备sio2粉、na2co3粉、al2o3粉和cao粉；

s2、将s1准备的sio2粉、na2co3粉、al2o3粉和cao粉混合均匀，并置于电阻炉中；

具体地，电阻炉为高温箱式电阻炉。

s3、在电阻炉中进行热处理得到流体混合物，热处理温度为1200-1400℃，热处理时间为3-5h；

优选地，热处理温度为1200-1300℃，热处理时间为3-4h，进一步优选地，热处理温度为1300℃，热处理时间为3h。

s4、将s3中的流体混合物取出并浇筑在耐高温板上，冷却到室温得到冷却混合物；

具体地，耐高温板为不锈钢板、铜板、石墨板等，耐高温板的作用为易于脱模。

s5、将s4得到的冷却混合物粉碎得到硅酸盐玻璃粉。

步骤2中：

施加的压力为20-40mpa，优选地，施加的压力为28-33mpa，进一步优选地，施加的压力为30mpa。

取适量混合料的量为0.5～1g，优选地，取适量混合料的量为0.5g，如此，在步骤4中得到的红色发光玻璃陶瓷的厚度为0.5-1.3mm，且大小适于与蓝光led芯片组装。

将s1准备的sio2粉、na2co3粉、al2o3粉和cao粉混合均匀，可以选择在玛瑙研砵中混合均匀。

电阻炉为高温箱式电阻炉。

步骤3中：

高温烧结的升温速度为5-10℃/min，温度为650-700℃，保温时间为0.5-1h，优选地，高温烧结的升温速度为5-7℃/min，温度为663-676℃，保温时间为0.5-0.9h，进一步优选地，高温烧结的升温速度为5℃/min，温度为680℃，保温时间为0.5h。

高温烧结的过程中，硅酸盐玻璃粉对红色荧光粉进行了包覆，硅酸盐玻璃粉发生了物相的变化。

步骤4中：

得到的红色发光玻璃陶瓷的厚度不同，具体地，得到的红色发光玻璃陶瓷的厚度为0.5-1.3mm。

红色发光玻璃陶瓷的厚度会影响红光和蓝光的强度比例，厚度越大，红光的强度比例越大。

切割、打磨和抛光的作用为提高光线透过红色发光玻璃陶瓷的透过率，特别地，当红色发光玻璃陶瓷与蓝光led芯片组装成本发明的植物灯时，指蓝光透过红色发光玻璃陶瓷的透过率。

植物灯

本发明的一种植物灯，包括一蓝光led芯片，蓝光led芯片由上述红色发光玻璃陶瓷封装，蓝光led芯片的发射波长为420nm。

具体地，直接将红色发光玻璃陶瓷固定在蓝光led芯片上即可制成。

进一步地，蓝光led芯片的最大功率为10w。

本发明的植物灯，植物灯的红蓝光比例可以通过更换不同厚度或者不同红色荧光粉浓度的红色发光玻璃陶瓷来控制。

本发明的植物灯，在调控发射光谱的时候，可以通过更换不同厚度或者不同红色荧光粉浓度的红色发光玻璃陶瓷来控制。

本发明的植物灯，调控发射光谱的方式和调控红蓝光比例的方式都是直接更换红色发光玻璃陶瓷，调控方式简单快捷。

下面通过实施例一至实施例十对比说明本发明的红色发光玻璃陶瓷及利用其制备的植物灯，其中，实施例中的红色荧光粉、sio2、na2co3、al2o3和cao均可从市场常规购得。

实施例一

按质量比1:99称量红色荧光粉和硅酸盐玻璃粉于玛瑙研砵中混合均匀，然后取0.5g混合料于模具中，并在30mpa下压制成压片，随后置于高温箱式电阻炉中，以5℃/min升温至680℃，然后保温反应0.5h，反应结束后随炉冷却至室温，经过切割、打磨和抛光后得到厚度为0.5mm的红色发光玻璃陶瓷。