一种Mn掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料及其制备方法

本发明属于荧光材料制备，具体涉及一种具有宽矩形，可调谐荧光光谱的红色荧光材料xmn4+:li3lamgti(1-x)o6（0.2at%≤x<1at%）及其制备方法。

背景技术：

1、在植物生长过程中，叶绿素ab在660nm、680nm、700-710nm和730-750nm等近红外波段具有较强的吸收强度。因此，研究适用于这些波段的荧光材料对植物工厂的大规模推广具有重要意义。mn4+在这些波段具有优异的发光性能，被认为是一种在植物培养中有良好应用的活性离子。特别是，近年来，掺杂mn4+的氧化物基荧光材料引起了广泛关注，如srkyteo6:mn4+荧光粉、ba2srwo6:mn4+、camgal10o17:mn4+、camg2la2w2o12:mn4+，这些荧光材料具有高的量子效率和热稳定性。然而，传统的光谱宽度通常为10-15nm，并且波动较大，因此光谱范围较窄，均匀性较差，成为了制约其应用的关键环节。为了提高荧光光谱的色域和线宽，通常使用不同离子在基质中掺杂的方法，如mgal2si2o8:mn4+、pr3+、4+、nd3+、cr3+、mn4+：la2zntio6。尽管这种方法可以拓宽光谱范围，但谱线均匀性仍然较差，并且还不能获得类似于矩形脉冲波形的荧光光谱。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料及其制备方法，该材料具备宽矩形、可调谐荧光光谱的性质，适合应用于植物栽培领域。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料，其化学式为xmn4+:li3lamgti(1-x)o6（其中0.2at%≤x<1at%）。

4、所述mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料的合成反应式如下：

5、；其制备具体包括如下步骤：

6、1）按配比将mno2、li2co3、la2o3、mgo和tio2放入玛瑙研钵中干磨2小时并混合均匀，得到xmn4+:li3lamgti(1-x)o6素坯；

7、2）将所得素坯装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚放置于管式炉中，从常温升至900℃，恒温3-5h，之后继续升温至在1150℃，恒温烧结3-5h，随后将样品冷却至室温，即得所述mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料。

8、进一步地，步骤1）中所用mno2、li2co3、la2o3、mgo、tio2的摩尔比为x:1.5:0.5:1:(1-x)，其中0.2at%≤x<1at%。

9、进一步地，步骤1）中所用mno2的纯度为99.995%，细度为0.5-1μm；所用li2co3的纯度为99.995%，细度为0.1-0.3μmμm；所用la2o3的纯度为99.99%，细度为0.2μm；所用mgo的纯度为99.99%，细度为0.1-0.2μm；所用tio2的纯度为99.99%，细度为0.1μm。

10、相较于目前公开的mn4+荧光材料，本发明所提供的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料通过采用梯度温区制备技术，使得制备出的li3lamgtio6材料出现分层，即底层温度较高，其晶体结构将由四方相转变为立方相，而且立方相的晶格参数将变大，这使得mn所处的晶体势能场变得更强，其电子跃迁所需要的能量更多，从而造成了材料荧光峰从711nm蓝移到680nm的谱线蓝移现象，使其适用于植物栽培。

11、本发明的优点在于：

12、（1）li3lamgtio6价格便宜，且其烧结温度低（<1300°c），还可以提供许多八面体位置，有利于mn4+离子的取代。

13、（2）在对mn4+：li3lamgtio6荧光材料的研究中发现，通过设计合适的烧结温度可以改变该材料表面层的晶相结构，进而导致荧光光谱的“蓝移现象”，从而实现可调谐的宽矩形荧光光谱。实验结果表明，当烧结温度为1150℃时，可以获得半峰全宽（fwhm）高达100nm、顶宽高达31nm的矩形发射光谱。而现有稀土或过渡金属离子发光材料中，很难获得宽的矩形发射光谱，更没有高达31nm峰宽的宽矩形红光发射峰被发现。

14、（3）本发明所得mn4+掺杂的红色荧光材料所具备的均匀性和宽色域，使其非常有利于在植物工厂中大规模应用。

15、（4）本发明中使用的基质材料li3lamgtio6以前没有报道过，涉及该材料xmn4+:li3lamgtio6的研究工作和制备技术也未见报道，具备可调谐特性的宽矩形红色荧光谱现象也从未报道过。同时，所得红色荧光材料由于获得的矩形宽红光位于680-711nm，非常适合植物栽培，且比现有mn离子掺杂制备的红色荧光材料具有颜色更均匀、适用范围更广等优势。

技术特征：

1.一种mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料，其特征在于：其化学式为xmn4+:li3lamgti(1-x)o6，其中0.2at%≤x<1at%。

2.一种如权利要求1所述的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中所用mno2、li2co3、la2o3、mgo、tio2的摩尔比为x:1.5:0.5:1:(1-x)，其中0.2at%≤x<1at%。

4.根据权利要求2或3所述的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中所用mno2的纯度为99.995%，细度为0.5-1μm；所用li2co3的纯度为99.995%，细度为0.1-0.3μmμm；所用la2o3的纯度为99.99%，细度为0.2μm；所用mgo的纯度为99.99%，细度为0.1-0.2μm；所用tio2的纯度为99.99%，细度为0.1μm。

5.根据权利要求2所述的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述高温固相烧结是从常温升至900℃，恒温3-5h，之后继续升温至在1150℃，恒温烧结3-5h。

6.一种如权利要求1所述的mn4+掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料在植物栽培中的应用。

技术总结
本发明公开了一种新型Mn<supgt;4+</supgt;掺杂的可调谐宽矩形红色荧光材料及其制备方法，其化学式为xMn<supgt;4+</supgt;:Li<subgt;3</subgt;LaMgTi<subgt;(1‑x)</subgt;O<subgt;6</subgt;(0.2at%≤x<1at%)，该荧光材料是以MnO<subgt;2</subgt;、Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、MgO和TiO<subgt;2</subgt;为原料，在玛瑙研钵中干磨均匀得到素坯，再将所得素坯进行高温固相烧结制得。本发明所得红色荧光材料具有宽矩形、可调谐荧光的特性，在358 nm LED激发下，其能够获得FWHM宽度达到100nm的矩形荧光光谱，该光谱强度还可以根据实际需要进行调节，在植物栽培领域具有良好应用前景。

技术研发人员：任海科,羊富贵,乔亮,武永华,颜峰坡,胡绍祖,程少丽,曾佳彤
受保护的技术使用者：福建江夏学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15