一种能促进大棚植物生长的红色无机荧光粉及其制备方法与流程

1.本发明属于发光材料技术领域，适用于添加1％～10％的红色荧光粉至植物生长的大棚覆盖膜领域，以促进作物生长，具体涉及一种能促进大棚植物生长的红色无机荧光粉及其制备方法。


背景技术：

2.光照是植物生长最重要的环境要素之一。冬季太阳高度角较低，以及连续阴天、雾霾等天气状况的影响，大多数植物生长中普遍存在光照不足的问题。光质对植物的生长发育、产量形成和果实品质改善具有重要的影响作用，太阳光到达地球的波长为290～3000nm，而真正能被植物吸收利用的仅占很小比例，主要集中在可见光区420～500nm的蓝光和580～700nm的红光。
3.在农业技术领域，农作物覆盖膜因其有助于农作物的生长，且具有保湿、保温的特性而得到了广泛应用。目前使用的覆盖膜具有很大的局限性，由于大部分的作物对红光的吸收程度比较明显，但太阳光中红光较少，因此，农作物对太阳光利用率较低。
4.目前，市面上为了促进经济作物生长，主要使用传统的植物生长led灯，其主要发出植物生长所需的蓝光和红光。植物生长led灯存在的问题：高成本的氮化物荧光粉和高成本的led器件外，还需要电力供应和建筑物或温室，这使得led植物生长灯的成本非常高。虽然led植物生长灯可以提高作物产量，但一般农作物的成本较低，很难将led植物生长灯广泛使用。
5.目前，市面上已经有科研机构尝试使用有机红色发光材料(如杂环化合物的乙烯基)制成薄膜供大棚植物生长。植物生长红色有机膜存在的问题：在太阳光下，红色有机有机材料不稳定性、易分解，发射的红光将在3个月内衰减，同时膜也在3个月内变黄和分解。
6.转光膜是一种通过添加不同的转光剂以改善光的透过率、转化光波长来提高植物对光的利用效率的功能型农膜。利用转光膜可以将部分紫外光转换为可为植物光合作用利用的蓝紫光和红橙光，将占可见光较大部分但不能被植物利用的绿光转换为红橙光，从而提高植物的光合作用，促进作物产量的增加和品质的提升。光转化膜作为一种有效应对日光利用率不足的方法得到广泛的应用。然而，在实际生产中，对光转化膜的选择、应用策略尚不明确，以及对光转化膜效率研究较少，在光转化膜规模及规范化应用中还存在很多问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供了一种能促进大棚植物生长的红色无机荧光粉及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
9.一种能促进大棚植物生长的红色无机荧光粉，所述荧光粉具有如下化学通式：caal
12-x-yo19
：xmn
4+
，ygd
3+
，其中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.5，所述荧光粉的基质为铝酸盐，所述
荧光粉的激活离子为mn
4+
。
10.所述荧光粉在630～680nm区域具有最大发射峰。
11.所述荧光粉的制备方法，具体包括如下步骤：
12.1)分别按照红色无机荧光粉的化学式中各元素的摩尔比计算含钙固体化合物、含铝固体化合物、含锰固体化合物、含钆固体化合物的质量，按照助溶剂含硼化合物占原料总质量的质量百分比计算助溶剂含硼化合物的质量，准确称量后用超级混料机将上述原料混合1h；
13.2)将步骤1)中混合好的原料装入500ml的高铝坩埚中，在空气气氛下1300～1600℃煅烧，保温2～10小时，随炉冷却至室温；
14.3)将步骤2)中煅烧好的原粉块经过粉碎、球磨、过湿筛、水洗、烘干、过干筛后得到均匀的红色无机荧光粉成品。
15.所述的含钙固体化合物为氧化钙或钙的含氧酸盐。
16.所述的含铝固体化合物为氧化铝或铝的含氧酸盐。
17.所述的含锰固体化合物为二氧化锰或锰的含氧酸盐。
18.所述的含钆固体化合物为氧化钆或钆的含氧酸盐。
19.所述的助溶剂含硼化合物为硼酸，所述的助溶剂硼酸占原料总质量的质量百分比为1％～6％。
20.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
21.1)本发明采用高温固相法进行红色无机荧光粉的制备，工艺流程设备要求简单，实验条件易达到，生产周期短，生产成本低，绿色环保，重现性好，适合大规模工业化生产；
22.2)利用该方法制备的适用于植物生长的铝酸盐基掺锰红色荧光粉，以铝酸盐为基质，通过掺杂激活离子mn
4+
，制备得到适用于植物生长的铝酸盐基掺锰红色荧光粉，无机化合物性能稳定、不易分解，激发波长为250nm～500nm，发射波长为630nm～680nm，主发射峰位于650nm处，解决了现有有机红色荧光粉发光性能较差、具有严重光衰减、性能不稳定且易发生分解和传统的植物生长led灯价格高的问题，同时还能有效延长转光膜的使用寿命，为光转化膜技术的研究和发展提供了理论依据；
23.3)本发明能够将更多太阳光中的紫外光转换成红光，能够促进植物生长，提高植物体内关键元素的吸收，进而达到增产提质的效果，具有良好的经济效益和广阔的市场应用前景。
附图说明
24.图1是实施例荧光粉1、荧光粉2、荧光粉3、荧光粉4的发射光谱对比图。
25.图2是实施例小球藻1、小球藻2、小球藻3、小球藻4和对比例小球藻5生长过程od值对比图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明提供了一种以铝酸盐为基质，通过掺杂激活离子mn
4+
，制备适用于植物生长的红色荧光粉，所述荧光粉的化学组成通式为：caal
12-x-yo19
：xmn
4+
，ygd
3+
，其中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.5。
29.所述荧光粉的激发波长为250nm～500nm，发射波长为630nm～680nm，主发射峰位于650nm处。
30.所述荧光粉的制备方法，具体包括如下步骤：
31.1)分别按照红色无机荧光粉的化学式中各元素的摩尔比计算含钙固体化合物、含铝固体化合物、含锰固体化合物、含钆固体化合物的质量，按照助溶剂含硼化合物占原料总质量的质量百分比为1％～6％计算助溶剂含硼化合物的质量；
32.所述的含钙固体化合物为氧化钙或钙的含氧酸盐；
33.所述的含铝固体化合物为氧化铝或铝的含氧酸盐；
34.所述的含锰固体化合物为二氧化锰或锰的含氧酸盐；
35.所述的含钆固体化合物为氧化钆或钆的含氧酸盐；
36.所述的助溶剂含硼化合物为硼酸；
37.准确称量后用超级混料机将上述原料混合1h；
38.2)将步骤1)中混合好的原料装入500ml的高铝坩埚中，在空气气氛下1300～1600℃煅烧，保温2～10小时，随炉冷却至室温；
39.3)将步骤2)中煅烧好的原粉块经过粉碎、球磨、过湿筛、水洗、烘干、过干筛后得到均匀的红色无机荧光粉成品。
40.实施例1
41.按照化学式caal
11.65o19
：0.25mn
4+
，0.1gd
3+
分别称取10.009g碳酸钙、59.392g氧化铝、2.174g二氧化锰、1.812g氧化钆、2.202g硼酸，用超级混料机混合1h，装入500ml的高铝坩埚中在空气气氛下1400℃煅烧，保温6小时，随炉冷却至室温，经过粉碎、球磨、过湿筛、水洗、烘干、过干筛后得到均匀的红色无机荧光粉成品1。
42.将红色无机荧光粉成品1与pdms胶按质量比1：9混合均匀，倒入玻璃模具中制成30*30的转光膜1，运用于小球藻1的生长并观察其生长过程。
43.实施例2
44.按照
+
化学式caal
11.75o19
：0.15mn
4+
，0.1gd3分别称取10.009g碳酸钙、59.902g氧化铝、1.304g二氧化锰、1.812g氧化钆、2.191g硼酸，用超级混料机混合1h，装入500ml的高铝坩埚中在空气气氛下1400℃煅烧，保温6小时，随炉冷却至室温，经过粉碎、球磨、过湿筛、水洗、烘干、过干筛后得到均匀的红色无机荧光粉成品2。
45.将红色无机荧光粉成品2与pdms胶按质量比1：9混合均匀，倒入玻璃模具中制成30*30的转光膜2，运用于小球藻2的生长并观察其生长过程。
46.实施例3
47.按照化学式caal
11.55o19
：0.35mn
4+
，0.1gd
3+
分别称取10.009g碳酸钙、58.882g氧化铝、3.043g二氧化锰、1.812g氧化钆、2.212g硼酸，用超级混料机混合1h，装入500ml的高铝坩埚中在空气气氛下1400℃煅烧，保温6小时，随炉冷却至室温，经过粉碎、球磨、过湿筛、水洗、烘干、过干筛后得到均匀的红色无机荧光粉成品3。
48.将红色无机荧光粉成品3与pdms胶按质量比1：9混合均匀，倒入玻璃模具中制成30*30的转光膜3，运用于小球藻3的生长并观察其生长过程。
49.实施例4
50.按照化学式caal
11.75o19
：0.25mn
4+
分别称取10.009g碳酸钙、59.902g氧化铝、2.174g二氧化锰，2.163g硼酸，用超级混料机混合1h，装入500ml的高铝坩埚中在空气气氛下1400℃煅烧，保温6小时，随炉冷却至室温，经过粉碎、球磨、过湿筛、水洗、烘干、过干筛后得到均匀的红色无机荧光粉成品4。
51.将红色无机荧光粉成品4与pdms胶按质量比1：9混合均匀，倒入玻璃模具中制成30*30的转光膜4，运用于小球藻4的生长并观察其生长过程。
52.对比例5
53.取未运用转光膜的小球藻5作对比样，观察小球藻的5生长过程。
54.结论：如图1所示，将实施例1、2、3、4中制得的荧光粉1、2、3、4进行发射光谱对比，从图1中我们可以看出实施例1和实施例4的发光强度均比实施例2和实施例3强，表明了mn
4+
的掺入量对于发光强度的影响较大。
55.如图2所示，将实施例1、2、3、4中制得的转光膜分别用于小球藻1、2、3、4生长与未运用转光膜的小球藻5进行对比，从图2中我们可以看出小球藻1、2、3、4生长比小球藻5生长od值大，说明转光膜可以促进小球藻生长。同时小球藻1和小球藻4的生长od值相差不大，且均比小球藻2和小球藻3的生长od值大，因此表明gd
3+
的加入能够增加转光膜的发光强度，进而促进小球藻的生长。