一种Mn

一种mn
4+
掺杂的深红光荧光粉及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于发光材料领域，特别涉及一种mn
4+
掺杂的红色荧光粉及其制备方法。


背景技术：

2.光照在植物生长和发育的各个阶段中都起着至关重要的作用。传统农业依赖自然光来保证植物的生长发育，其生长状况受季节、天气和地理位置等因素的影响。为获得更快的生长速度、更高的产量和更优秀的品质，植物种植可采用人工光源来补充甚至替代自然光。发光二极管(led)因其具有发光效率高、发光颜色可调、能耗低、寿命长等优点，是一种较为理想的植物照明用人工光源。研究表明，蓝光(400～500nm)可以促进茎叶生长、红光(600～800nm)能调节开花周期、近红外光(850～1100nm)在根的生长以及营养物质的吸收方面具有调控作用。针对植物色素的吸收光谱，市场上普遍采用蓝光led芯片和红光led芯片用于植物照明。然而，相比蓝光led芯片，红光led芯片成本要高出2-3倍以上。
3.mn
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属于外层电子为3d3电子结构过渡金属离子，其掺杂于无机物基质所产生的发光由自旋禁止的2e
→4a2跃迁产生。mn
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激活的荧光粉通常发射红光，并且其发光波长可由基质晶体结构进行调控(600-750nm)。因此，基于mn
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掺杂红色荧光粉的能有效覆盖植物色素吸收的红光区域，并可降低光源成本。目前，高效的mn
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掺杂红色荧光粉主要有以下两类：1.mn
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掺杂氟化物(如k2sif6:mn
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、k2tif6:mn
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)，其在潮湿环境下不稳定，且合成过程对环境不友好；2.mn
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掺杂氧化物(如la
1-x
lu
x
alo3:mn
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、mg2insbo6:mn
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)，其量子产率较低，不利于进一步大规模生产。所以，开发一种性能优异稳定且发光效率高的红色荧光粉对于pc-led在植物照明方面的应用和普及具有重要的意义。本发明采用mn
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离子激活的荧光粉且量子产率较高，在商用荧光粉方面具有潜在的应用价值。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种发光亮度和发光效率高，且物理化学性能稳定的mn
4+
掺杂的红色荧光粉及其制备方法。
5.一种深红光荧光粉，其特征在于，所述深红光荧光粉包含组成式axrrqqmy；zd的无机化合物；其中，
6.a元素为mg元素或zn元素；
7.r元素为sc元素和/或ga元素；
8.q元素为sb元素或nb元素或ta元素；
9.m元素为o元素；
10.d元素为mn元素，或者，d元素为mn元素并添加li、na或k元素中的一种或两种；
11.且所述x、r、q、y和z满足如下条件：2≤x≤4，1≤r≤3，0.8≤q≤1.2，4≤y≤11，0.0001≤z≤1；
12.所述的红色荧光粉可被波长为200nm-500nm范围内的光源有效激发，产生620nm-800nm的红光和近红外光发射。
13.深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
14.步骤一、按化学计量比分别称取含有a元素、r元素、q元素、d元素所对应的氧化物、碳酸盐或硝酸盐，以及助熔剂为原料，混合均匀，充分研磨后，得到混合物；
15.步骤二、将步骤一得到的混合物于600
–
900℃下进行预烧结，在大气氛围中，煅烧6-12小时；
16.步骤三、将步骤二得到的混合物自然冷却后，研磨均匀，在大气氛围中进行第二次煅烧，煅烧温度为900
–
1400℃，煅烧时间为6-12小时，即可得烧结体；
17.步骤四、将步骤三所得焙烧产物经破碎、研磨、分级、筛洗处理，即得所需的深红光荧光粉。
18.进一步的，在步骤一中，含mg元素的制备原料的实际添加量为深红光荧光粉的化学式中计算量的101％～120％倍；
19.进一步的，所述含锑的化合物为五氧化二锑、三氧化二锑中的一种或两种；
20.进一步的，所述d元素为mn元素和li元素的组合；
21.进一步的，所述含锂元素的化合物为碳酸锂、氧化锂、硝酸锂中的一种或多钟；
22.进一步的，所述含mn元素的化合物为碳酸锰、二氧化锰、水合硝酸锰中的一种或多种。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优异效果：
24.1)本发明所述的mn
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掺杂红色荧光粉可被成熟商用的近紫外或蓝光led芯片高效激发，并发射与植物色素吸收谱相匹配的红光；
25.2)本发明所述的mn
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掺杂红色荧光粉具有稳定的物理化学性质；
26.3)本发明所述的红光荧光粉量子产率高，制备方法简单可行，无污染，易于工业大规模量产。
附图说明
27.图1是本发明提供的实施例1制备的荧光粉体激发光谱图。
28.图2是本发明提供的实施例1制备的荧光粉体发射光谱图。
29.图3是本发明提供的实施例1制备的荧光粉体xrd图谱和标准图谱。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本专利进行详细的说明。
31.实施例1
32.按照化学式mg2scsb
0.999
o6:0.001mn
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称取mgo、sc2o3、sb2o5、mnco3，它们之间的摩尔比为2:0.5:0.499:0.001，充分研磨混合均匀后，放置刚玉坩埚中，再放入高温炉在800℃的空气气氛下预烧8小时。预烧后，待混和物随炉体冷却至室温后，取出混合物并放入玛瑙研钵中研磨30分钟。接着，将二次研磨后的混合物再次放入高温炉，在1300℃空气气氛下煅烧8小时，并随炉体冷却至室温。最后，将反应产物取出，在玛瑙研钵中研磨分散，得到一种mn
4+
掺杂的红色荧光粉，其化学组成为mg2scsb
0.999
o6:0.001mn
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。图1是本实施例制备的荧光粉体激发光谱图，监控波长680纳米，从图1中可以看出，本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和蓝光区域，激发峰位于300nm和467nm附近，说明本实施例的荧光粉可以被紫
外和蓝光芯片有效激发。图2是本实施例制备的荧光粉体发射光谱图，激发波长300纳米，在300nm的光激发下，从图2中可以看出，本实施例的荧光粉为深红光，发射峰值位于680nm附近，说明发射的红光与植物色素吸收谱相匹配。图3是实施例制备的荧光粉体xrd图谱和标准图谱(pdf#04-002-4494)，从图3中可以看出，本实施例的荧光粉xrd图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与标准的mg2scsbo6标准卡片(pdf#04-002-4494)一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
33.实施例2
34.按照化学式mg2scsb
0.995
o6:0.005mn
4+
称取mgo、sc2o3、sb2o5、mnco3，它们之间的摩尔比为2:0.5:0.4975:0.005，充分研磨混合均匀后，放置刚玉坩埚中，再放入高温炉在800℃的空气气氛下预烧8小时。预烧后，待混和物随炉体冷却至室温后，取出混合物并放入玛瑙研钵中研磨30分钟。接着，将二次研磨后的混合物再次放入高温炉，在1300℃空气气氛下煅烧8小时，并随炉体冷却至室温。最后，将反应产物取出，在玛瑙研钵中研磨分散，得到一种mn
4+
掺杂的红色荧光粉，其化学组成为mg2scsb
0.995
o6:0.005mn
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。本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和蓝光区域，激发峰位于300nm和467nm附近，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和蓝光芯片有效激发。本实施例的荧光粉为深红光，发射峰值位于680nm附近，说明发射的红光与植物色素吸收谱相匹配。本实施例的荧光粉xrd图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与标准的mg2scsbo6标准卡片(pdf#04-002-4494)一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
35.实施例3
36.按照化学式mg2scsb
0.99
o6:0.01mn
4+
称取mgo、sc2o3、sb2o5、mnco3，它们之间的摩尔比为2:0.5:0.495:0.01，充分研磨混合均匀后，放置刚玉坩埚中，再放入高温炉在800℃的空气气氛下预烧8小时。预烧后，待混和物随炉体冷却至室温后，取出混合物并放入玛瑙研钵中研磨30分钟。接着，将二次研磨后的混合物再次放入高温炉，在1300℃空气气氛下煅烧8小时，并随炉体冷却至室温。最后，将反应产物取出，在玛瑙研钵中研磨分散，得到一种mn4+掺杂的红色荧光粉，其化学组成为mg2scsb
0.99
o6:0.01mn
4+
。本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和蓝光区域，激发峰位于300nm和467nm附近，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和蓝光芯片有效激发。本实施例的荧光粉为深红光，发射峰值位于680nm附近，说明发射的红光与植物色素吸收谱相匹配。本实施例的荧光粉xrd图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与标准的mg2scsbo6标准卡片(pdf#04-002-4494)一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
37.实施例4
38.按照化学式mg2scsb
0.98
o6:0.02mn
4+
称取mgo、sc2o3、sb2o5、mnco3，它们之间的摩尔比为2:0.5:0.49:0.02，充分研磨混合均匀后，放置刚玉坩埚中，再放入高温炉在800℃的空气气氛下预烧8小时。预烧后，待混和物随炉体冷却至室温后，取出混合物并放入玛瑙研钵中研磨30分钟。接着，将二次研磨后的混合物再次放入高温炉，在1300℃空气气氛下煅烧8小时，并随炉体冷却至室温。最后，将反应产物取出，在玛瑙研钵中研磨分散，得到一种mn4+掺杂的红色荧光粉，其化学组成为mg2scsb
0.98
o6:0.02mn
4+
。本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和蓝光区域，激发峰位于300nm和467nm附近，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和蓝光芯片有效激发。本实施例的荧光粉为深红光，发射峰值位于680nm附近，说明发
射的红光与植物色素吸收谱相匹配。本实施例的荧光粉xrd图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与标准的mg2scsbo6标准卡片(pdf#04-002-4494)一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。