技术摘要：
本发明公开了一种在紫外光激发下植物补光照明用全光谱LED荧光粉及制备方法，该荧光粉的化学式为：TbxM3‑xGa5O12:yMn4 (M＝Y,Gd,La,Lu,0≤x≤3,0.1≤y≤5at％)，其晶体结构属于立方晶系，Ia‑3d空间群，激活离子为Mn4 。本发明还公开了这种荧光粉的制备方法，按化学计  全部
背景技术：
“万物生长靠太阳”，光是地球上所有生物生存与繁衍的能源。植物的生长、发育和 分化离不开光，光照条件的好坏直接影响农作物的产量与品质。随着科技的发展，人工光源 被广泛应用于现代农业生产系统。长期以来，在农业照明领域使用是传统光源，如高压钠 灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，传统光源的主要缺点是光能转化效率低、寿命短、发热 量大等。因此，开发高效、低耗、长寿命的新一代农业专用光源一直是农业领域人工光照明 应用的重要课题。 目前，植物补光照明的LED光源实现方案主要荧光转换型为主，即将特定的荧光粉 涂敷于近紫外或蓝光LED芯片上，LED芯片发射短波长的光激发荧光粉产生较长波长的可见 光。现阶段商品化的植物照明LED光源为单色荧光转化型LED，但是由于不同的植物的生长、 同一植物的不同生长阶段对光的需求复杂多样，采用简单的、固定式的、以红、蓝LED组合的 光源显然无法很好地满足植物对光的需求。为克服现有技术存在的问题，满足植物补光照 明用全光谱LED光源的需求，有效解决现有荧光转换材料激发效率低，光谱色彩单一，存在 人眼安全隐患等缺点，全光谱LED荧光粉在专用农业光源中将有广阔的应用。本发明采用紫 外LED芯片为激发光源，用过稀土离子和激活离子Mn4 实现全光谱发光，并通过Tb格位与其 他稀土离子的替换、电荷补偿离子的引入满足LED光谱调节与控制。 Mn4 离子是过渡金属离子，易受晶体场环境影响，当Mn4 离子处于八面体晶格环境 中时，在660-750nm可实现红光发射。基质材料TbxM3-xGa5O12(M＝Y,Gd ,La ,Lu,0≤x≤3)，属 于立方晶系空间群为O10n-Ia-3d，Ga3 分别占据两种晶格位置，即四配位的[GaO4]四面体和 六配位的[GaO6]八面体。Mn4 离子通常取代八面体中的Ga3 离子。铽离子在发射光谱中的荧 光峰对应于5D →7F (J＝6,5 ,4 ,3 ,2和0)跃迁，结合Mn4 离子的2E →44 J 1 A2能级跃迁，TbxM3- xGa5O12:Mn4 (M＝Y,Gd,La,Lu,0≤x≤3)可实现对全可见谱的覆盖。通过Tb格位的部分取代， 可以微调Mn4 离子周围晶体场环境，实现对荧光峰位置和相对强度调节。 目前工业上合成氧化物荧光粉主要是高温固相法。该方法操作简单，反应周期较 短，易于工业化生产，但煅烧温度普遍较高，样品粒径分布不均匀易团聚，严重影响荧光粉 发光效率。本发明采用溶剂热-固相法合成TbxM3-xGa O :yMn4 5 12 (M＝Y,Gd,La,Lu,0≤x≤3)荧 光粉，方法工艺流程简单、操作方便，合成所得材料的晶体结构较完好，性能稳定，亮度高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：现有中商用单色植物补光照明LED光源中存在的 光谱单一、荧光峰位置和强度固定、缺乏远红光等问题。 为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案： 4 CN 111575002 A 说　明　书 2/4 页 一种植物补光照明用全光谱LED荧光粉，其特征在于，化学式为TbxM3-xGa 45O12:yMn ，其中，M元素为钇、钆、镧或镥，0≤x≤3，掺杂浓度y在0.1～5at％之间；所述荧光粉的晶体 结构属于立方晶系，Ia-3d空间群，激活离子为Mn4 。 本发明还提供了上述植物补光照明用全光谱LED荧光粉的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1)：按元素摩尔比Tb:M:Ga:Mn＝x:(3-x):5(1-y):5y分别称取含铽、M元素、镓 及锰的化合物原料；同时，称取电荷补偿剂为总质量的0.1～10at％； 步骤2)：将所有原料在去离子水中溶解，搅拌混合均匀，搅拌混合5～30分钟； 步骤3)：向混合均匀后的样品中加入碱性溶液，得到前驱体样品； 步骤4)：将前驱体样品过滤、烘干，分散于醇溶剂中，转移至水热反应釜中，在160 ～300℃条件下保温2～14小时； 步骤5)：将步骤4)得到的样品过滤，在200～1000℃、弱氧化性气氛下烘干2～14小 时； 步骤6)：将步骤5)得到的产物进行后处理，将产物粉碎，除杂，然后用去离子水水 洗至中性，烘干、分级，即得到Mn4 掺杂TbxM3-xGa5O12植物补光照明用全光谱LED荧光粉。 优选地，所述步骤1)中含铽的化合物原料为氧化铽、碳酸铽、碳酸氢铽、硝酸铽、草 酸铽、硫酸铽和醋酸铽中的任意一种或几种的混合物。 优选地，所述步骤1)中M元素为钇时，含钇的化合物原料为氧化钇、碳酸钇、碳酸氢 钇、硝酸钇、草酸钇、硫酸钇和醋酸钇中的任意一种或几种的混合物；M元素为镧时，含镧的 化合物原料为氧化镧、碳酸镧、碳酸氢镧、硝酸镧、草酸镧、硫酸镧和醋酸镧任意一种或者两 种及以上的混合物；M元素为镥时，含镥的化合物原料为氧化镥、碳酸镥、碳酸氢镥、硝酸镥、 草酸镥、硫酸镥和醋酸镥任意一种或者两种及以上的混合物。 优选地，所述步骤1)中含镓的化合物原料为氧化镓、碳酸镓、硫酸镓、草酸镓、硝酸 镓和醋酸镓中的任意一种或几种的混合物。 优选地，所述步骤1)中含锰的化合物原料为氧化锰、二氧化锰、硝酸锰、氯化锰、硫 酸锰、草酸锰、醋酸锰、碳酸锰和锰酸盐类化合物中的任意一种或几种的混合物。 优选地，所述步骤1)中的电荷补偿剂为钠离子、钾离子、锂离子、镁离子、钙离子、 锶离子、锌离子、锗离子、钛离子和锆离子中的任意一种或几种的混合物。 优选地，所述步骤3)的碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的任意 一种或几种的混合物。 优选地，所述步骤4)的醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二 醇和戊醇中的任意一种或几种的混合物。 优选地，所述步骤5)中的弱氧化性气氛为空气，或氮气、氢气、一氧化碳气体、二氧 化碳气体和烷类气体中的任意一种或几种的混合气体，或者前述气体与氧气和/或惰性气 体的混合气体。 本发明提供了一种植物照明用Mn4 掺杂TbxM3-xGa5O12荧光粉，在紫外光激发可见光 全光谱荧光材料，该材料在紫外波段有较强吸收，发射波长涵盖450-750nm的可见光区。本 发明还通过引入Li ，Na ，Mg2 ，Ca2 ，Ge4 等电荷补偿离子进一步改善发光性能。本发明采用 溶剂热合成法,制备工艺简单、安全环保。 5 CN 111575002 A 说　明　书 3/4 页 以钇(钆，镧，镥)取代基质中的铽元素，调节发光峰位置、强度，使得样品所发射光 谱波长配比适合不同植物或同一植物不同生长阶段所需的发光要求。 本发明按化学计量比称取原料，进行溶剂热-固相反应，通过引入适量的电荷补偿 剂，进一步改善该荧光材料发光性能，获得高效、稳定的适用于紫外的激发植物照明用全光 谱LED荧光粉。 本发明以石榴石结构TbxM3-xGa5O12为基质，以Mn4 为激活离子，原料及最终产物均 不含有毒有害物质，该荧光粉对紫外波段的激发光有强的吸收，在450-750nm的波长范围内 具有可见光发射，适合应用于紫外LED芯片激发的植物照明补光用的人工光源领域。而且本 发明公开的制备方法具有工艺简便、成本低廉、无污染、成本低，适合工业化生产等优点。 石榴石结构TbxM3-xGa5O12是一种优良发光基质材料，其合成原料便宜，物理化学稳 定性好、制备工艺简便。 本发明与现有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的Mn4 掺杂石榴石结构 TbxM3-xGa5O12荧光材料在紫外光区具有较强吸收，经紫外光激发发射出波长范围为450～ 750nm的可见光，可应用于紫外LED芯片与荧光粉组合制备植物照明补光的人工光源领域。 本发明的Mn4 掺杂石榴石结构TbxM3-xGa5O12荧光材料物理、化学性能稳定，不与环境中的氧 气、水、二氧化碳等发生反应，使用过程中不会释放任何有毒、有害物质。本发明的Mn4 掺杂 石榴石结构TbxM3-xGa5O12荧光材料的制备工艺简单，制备过程无任何污染，无需苛刻的反应 条件。 附图说明 图1为溶剂热-固相法合成的Tb3Ga5O12样品XRD图； 图2为Tb3Ga5O12和Tb3Ga5O 4 12:Mn 样品漫反射图； 图3为Tb3Ga O :Mn4 5 12 和Tb3Ga5O12:Na ,Mn4 样品发射图； 图4为Tb 4 4 3Ga5O12:Mn 和Y2Tb1Ga5O12:Mn 样品发射图。