植物补光用LED荧光粉研究进展.pdf

年 月 第 卷 第 期 照明工程学报 植物补光用 荧光粉研究进展 王大伟 黄景鑫 李 杨 石明明 邹 军 杨波波 王媛媛 罗世鹏 刘文斌 陈 启 上海应用技术大学材料科学与工程学院 上海 上海应用技术大学理学院 上海 西双版纳承启科技有限公司 云南西双版纳 摘 要 植物的生长需要适宜的光照环境 然而在自然条件下 植物生长面临阳光 温度 水分等诸多不可控问 题 为解决传统农业种植中气温光照不稳定的问题 人们开始发展工厂种植 其中植物的工厂种植核心就是人工 光源 近年来植物补光技术被越来越广泛地应用 光照对植物生长的影响及人工补光技术的研究也越来越多 本 文介绍了 植物灯的发展历程 现代 光源作为植物工厂人工光源的优势 植物补光灯发光原理 及部 分文中所涉及的光学参数 并总结了 多离子共掺杂等荧光粉在植物补光技术中的研究 现状 最后对以上不同荧光粉在植物补光技术中的优缺点进行了分析 对 荧光粉在植物补光领域的发展前景 进行了展望 为相关科研人员或机构提供了一些有技术价值的参考 关键词 荧光粉 离子掺杂 人工光源 植物补光 中图分类号 文献标识码 基金项目 国家重点研发计划 国家自然科学基金青年科学基金项目 上海市 年度 科技创新行动计划 农业科技领域项目 上海市 年度 科技创新行动计划 农业科技领域项目 上海市晨光计划 上海应用技术大学中青年教师科技人才发展基金 通信作者 李杨 照明工程学报 年 月 引言 电灯用于植物补光已有近 年的历史 其中 碳弧灯是世界上第一种用于植物补光的灯 西门 子 年 对此进行了广泛的研究 甚至进行 了电灯用于商业植物生产的经济数据分析 世纪 年代 马自达生产的白炽灯成为受控 环境植物研究的首选灯 紧接着人们将各种类 型低压灯下的植物生长和发展 与标准马自达灯 下的植物生长和发展进行比较 这些研究首次揭 示了钠灯在植物照明方面的潜力 自 年代起 高压钠灯凭借较高的电气效率 较长的运行寿命 并提供了相对宽泛的光谱宽度 可以对大多数的 植物进行补光 等优势 成为了 年代植物 补光的主要光源 近年来 随着 灯的广泛应用 荧光粉 在植物补光领域的应用也倍受关注 荧光粉可 以将蓝光转化为植物所需的光 从而提供植物生长 所需的光谱 同时 荧光粉具有更高的光转换 效率和更长的寿命 使其成为一种具有潜力的植物 补光材料 传统农业受地球气候的限制 对化肥和 农药等的依赖性推动了室内种植技术的进步 使得 温室种植和环境可控的室内种植成为作物生产的一 个可靠且可持续发展的途径 光作为影响植物生 长的主要因素之一 自然界中大部分植物的生长都 离不开光合作用对有机物的积累 其中蓝光 红光 远红光 和近红外光 分别 对应了植物的光合色素 叶绿素 及胡萝卜 素 光敏色素及细菌叶绿素的吸收光 而且不 同植物对光谱需求也是不一样的 随着半导体照明技术的飞快发展 技术更加成 熟 性能更加优越 应用的领域更加广泛 人们开 始在植物补光领域大量应用 通过调节光的变化来 控制植物形态 光合作用 物质代谢以及基因表达 等过程 进而控制植株的生长和发育 由于 芯片发光光谱较窄 日常生活中所见到的白光 多是通过荧光粉光转换耦合 多芯片混合和多色量 子点混合等技术实现 作为新型光源 具有寿 命长 发光效率高 功耗低 启动时间短 显色指 数高 工作温度低 结构牢固 不怕震动 方向性 好 工作电压低 环保等众多优点 在植物补 光领域与传统植物设施栽培中使用的光源 荧光 灯 金属卤化物灯 白炽灯等 相比 光源还 具有以下优点 的光谱可按植物生长发育需求 进行调制 植物补光效率高 为冷光源 可贴 近植物照射 空间利用率是普通温室大棚的 倍 为直流电 可控性好 光能有效利用率 高 能对光强 光质和光周期等实现精准调控 适 宜植物工厂的生产使用 在实际生产过程中 通 常利用光强度 光量子通量密度 光质 光谱成 分组合 和光周期 日光照时长 三方面来调控植 物各个阶段生长发育情况 然而植物的生长需 要不同光质比例混合组成的光谱 因此 针对植物 所需而开发 光源是有必要的 其中针对不同植 物开发不同的荧光粉是一个重要的研究方向 植物照明用的荧光粉是一种特殊的荧光材料 能 够提供所需的光能和促进植物生长发育 所以要求植 物补光用的荧光粉具有能够提供植物所需的特定波长 和稳定的光照条件 促进植物生长发育 并具备高能 效 长寿命和安全环保 荧光粉能够成为植物补光光 源中不可忽视的一部分 是因为荧光粉可以获得很多 植物所需的光谱 根据不同的离子掺杂 荧光粉会发 出不同波长的光 植物生长需要较多的 波段蓝紫光和 波段红光 要获得植物所 需的光质 中光转换物质荧光粉的发光光谱尤为 重要 本文主要介绍近五年 植物补光所用的荧 光粉 在植物补光领域实际应用情况的研究进展 根 据不同荧光粉掺杂的发光离子进行分类 分析各种植 物补光用的荧光粉的光学性能参数 探讨其在实际应 用过程中还需解决的问题 以此提高植物生长效率和 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 质量方面的应用前景 植物光源 植物灯发展史 年 威斯康辛大学首次进行 对植物生 长的补光效果的测试 年日本开始试用 作为植物工厂的补光光源 并在生菜 小白 菜 茼蒿 芹菜 水稻 蝴蝶兰等的工厂化生产上 获得了成功 年 月 日本三菱化学公司将 废旧大型集装箱改造成植物工厂辅以现代信息管理 技术和 光源进行作物的光合作用 日本昭和电 工专门开发相关 产品适应新生植物工厂的需 求 从此植物补光光源开始步入 智能光源 时代 国内植物灯的研究起源于 世纪 年代 主 要采用的是金属卤化物镝灯 在植物补光用的荧光 粉方面起步较晚 始于 世纪 年代 近年来 随着 的技术越来越成熟 国内开始将植物所需 的光源转向 光源 年 中国农业科学院农 业环境与可持续发展研究所成功研制了国内第一例 智能型 植物工厂 采用 光源进行育苗生 产 运行效果良好 年 福建省中科生物 股份有限公司采用 作为育苗的光源 建立起植 物工厂为蔬菜生长和育苗补光 实现蔬菜种植的工 厂化 如图 所示 图 福建中科三安植物工厂 植物补光灯发光原理 是通过接触 型和 型材料制造的半导体 二极管 将适当范围内的正向电压施加到二极管上 型材料边的空穴 正电荷 移动 并将 型材料 边的电子 具有负电荷 移向另一侧 使空穴和电 子在结中接合 该过程可以产生一个光子 它的能 量相当于 在某些情况下小于 在重组时通过转变 释放出的电子能量 如图 所示 由重组产生的光 子波长取决于转换所释放的能量 图 在电力供应时 从 型和 型半导体的连接 处产生 光子 光发射 植物补光灯性能参数 色坐标 即颜色的坐 标 其基本原理是根据光源的光谱分布由色坐标的 基本规定进行计算而得出的 现常用的色坐标 横 轴为 纵轴为 色温 表示颜色的温度 将标准黑体 加热到一个程度 其发射的光的颜色与某个光源所 发射的光的颜色相同时 该黑体加热的温度则称为 该光源的颜色温度 单位用 表示 显色 指数表示光源显色性高低的数值 为光源下物体颜 色与参照光源下物体颜色相符程度的度量 色纯度 指原来的颜色在色彩中占据了多少百分比 通常利 用色纯度来描述颜色的浓或者淡 量子效率 是评估荧光粉性能的重 要指标之一 其表示光化学反应速率与特定波长范 围内吸收光子通量之比 植物补光灯荧光粉研究进展 荧光粉发光机理 荧光粉发光机理为 当适宜波长的外部光源照 射到荧光粉时 荧光粉就会发射特定波长的光 其 原理如图 所示 一般可以分为以下步骤 当某个 波长的光照射到荧光粉时 发光离子吸收外部光子 能量 发光离子到达激发态 吸收能量的发光离子 跃迁释放光子 发出对应波长的光 然后返回基态 同时 在这个过程中伴随着部分能量以热的形式散 发 植物补光用的荧光粉 会掺杂某些特殊离子 使得荧光粉发出适宜植物生长的光 照明工程学报 年 月 图 荧光粉发光原理图 荧光粉材料的分类 目前常用的荧光粉材料分为两大类 一种叫做 离子掺杂荧光粉 其为微米级的颗粒 也是最早最 常用的荧光粉 本文将重点围绕离子掺杂荧光粉材 料进行综述 另一种为量子点荧光 其具有荧光作 用的纳米级颗粒 在封装过程中常用与硅胶等胶体 混合作量子点荧光层 又叫做量子点荧光粉 图 不同尺寸的 核 壳量子点在同一紫外灯激发下的荧光示意图 在 世纪 年代日本日亚公司率先提出并实 现了将黄色荧光粉与 蓝光芯片的组合混合得到 白光 其公司使用的黄色荧光粉 的主要 成分的化学式为 其结构和热稳 定性好 发光效率高 是良好的荧光转换材料 但 是发光强度和显色指数都不理想 并且其合成温度 要求很高 目前 经过不断的改进 荧光粉已经 非常成熟 应用范围也越来越广 随着植物照明的 兴起 植物补光用的荧光粉也渐渐进入人们的视角 如氮化物红色荧光粉 与蓝光芯片的组合可输出与 植物叶绿素吸收谱类似的光谱 这就为特定的离 子掺杂荧光粉应用在植物补光领域打下基础 量子点是指三个维度都小于 的准零维结 构粒子 原子数通常在几个到几百个之间 量子点 荧光粉主要应用的是量子尺寸效应 同一种材料不 同的量子结构大小 受到同一波长的激光激发 量 子点因为尺寸的不同也会发出不同的荧光 所 以 通过改变量子点尺寸 就可以调节出需要的荧 光光谱 如图 所示 不同尺寸的 核 壳 量子点在同一紫外灯照射下 发出不同颜色的荧光 量子点作为目前较新的研究方向 应用在植物补光 领域也有非常大的潜力 但是本文主要综述的是离 子掺杂荧光粉并没有专门针对量子点荧光粉进行 综述 植物补光用荧光粉研究现状 自从黄色荧光粉 诞生以来 各 种各样的荧光粉不断出现 各项性能也越来越好 针对植物补光领域的荧光粉同样出现很多 研究发 现 自然界中所有的光合自养植物都含有叶绿素 其中只有部分叶绿素 起到吸收光子的作用 而其 他叶绿素包括叶绿素 只是起着传递电子的作 用 红蓝光对应着主导植物光合作用的光合色素 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 大部分的植物光 合作用对红光的需求约占对光总需求的 开发 光谱匹配且高量子效率的红光荧光粉是植物生长 的关键 尤其是是 离子掺杂和 离子 掺杂的红光荧光粉 离子掺杂的氮化物的合成 需要高温高压环境 苛刻的合成条件和离子掺杂使 其制备成本过高 而 离子掺杂的红光荧光 粉发射光谱与植物光合作用所需的光谱严重不匹 配 过渡金属 离子掺杂的红光荧光粉因其 合成方法简单 且光学性能优良而受到了一定程度 的关注 但是量子效率很低使其很难广泛的应用在 植物补光领域 具有较高的发光效率和亮 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 度可以产生较高的色纯度 但是 离子掺杂荧光 粉性质不稳定容易受到周围环境的影响 近些年多 离子共掺杂成为研究人员的热点方向 通过这种方 式对缺陷进行改性提高荧光粉的性能 或 掺杂植物补光用的荧光粉研究 进展 目前植物生长用红光荧光粉的研究主要以 为发光离子 具有 跃迁 通常表现出红 光发射 并且 的 能级容易受到外界晶体场 环境的影响 因此 的发光特性更易调节 离子发射波长主要取决于基质晶格 通过对基 质晶格的阴阳离子替换可以改变晶体场强度 从而得到具有理想波长 高量子效率 并且热稳定 性好的红光荧光粉 离子是发光材料中非常 重要的离子 因此以 为发光中心的红光荧光粉 迅速发展 应用在植物补光方面具有代表性的是 等 采用固相反应法 在还原性气体中合成 了一系列不同浓度的 掺杂 荧光 粉 其中 荧光粉 光致发光 激发光谱具有 较宽的激发带 即 和 三个 激发带 发射光谱与光敏色素 的吸收光谱波长 吻合程度较好 色坐标值为 所 以其在植物补光领域具有巨大的潜力 等 开发了一种发射蓝紫光 荧光粉 其 极高 约 不仅与蓝色区域叶绿素 的吸收光谱很匹配 而且在 工作温度 下表现出零热猝灭 等 通过将荧 光粉颗粒嵌入到低熔点的 玻璃中 以提高 对水敏感的 荧光粉的稳定性 使用 荧光粉玻璃 的方法 在 水里浸泡 后 样品的发射 强度保持在原始强度的 表明 的耐湿性能得到了明显增强 采用窄带红色发射的 样品和一个蓝色的 板上 芯片 制造了一个植物生长的 装置 该器件 的发射光谱与植物中的叶绿素 和叶绿素 的吸收非 常吻合 如图 所示 表明所制备的 适合应用于植物照明领域 等 开发 了一种窄带蓝光发射 荧光粉 其色纯度高达 在 激发下 它呈现出 以 为中心的蓝色发射带 半峰全宽 为 样品的发射光谱与叶绿素 在 蓝色区域的吸收光谱显示出 的 光谱相似性 此外 与温度相关的发射光谱表明 荧光粉具有良好的热 稳定性和较小的色度偏移 发射蓝光的 荧光粉在植物生长 中具有潜在的应 用前景 掺杂的荧光粉在蓝光芯片激发下具有 与叶绿素有相似的光谱 在未来解决热稳定性能的 前提下非常的适合作为植物补光用的荧光粉 图 的电致发光 光谱 基植物补光 器件在不同驱动电流下 叶绿素 和叶绿素 的吸收光谱及 基植植物补光 器件的发射光谱 邓健昆等 采用高温熔融造粒的方式制备了不 同质量分数 掺杂的 荧光聚碳酸酯 透光罩 通过测试 荧光粉在掺杂过程中性质稳定 灯管随着配备的透光 罩的荧光粉掺杂浓度的提高 相对应的白光 的 色坐标从 变化到 色温从 下降到 显色指数 从 上升到 但光效略有减弱 配备不同 比例荧光粉质量的透光罩对生菜进行补光 分数为 透光罩的 型白光 灯管的光质更适合生菜 生长 如图 所示 总的来说 掺杂植物补光 用的荧光粉具有较高的亮度 可调节性和环保性 照明工程学报 年 月 图 配备不同质量分数 透光罩的 型白光 灯管作为植物灯对生菜种植的 应用以及相应生菜的发育情况分析 但也存在一些成本和稳定性方面的限制 随着技术 的发展和研究的深入 这些缺点有望得到进一步解 决和改进 在 研究方面 等 采用高温固相反 应合成了一种新型红色发光材料 在 附近的 跃迁属于远红光发射 与植物光敏色素 远红光 吸收型 所需的远红光吸收波长相匹配 当 的 掺杂浓度为 时 荧光粉的 强度达到最 大 计算得到的坐标位于红色区域 的色纯度为 的相关 值小于 属于暖红光 在植物补光邻域 有很大应用潜力 张义等 采用燃烧法合成了非晶 态 荧光粉 制成了色坐标位于 色纯度从 提高为 荧光粉内量子效率 可高达 适用于制备植物补光灯具 用其成功地促进小麦的生长 使得叶片中叶绿素和 胡萝卜素含量提高了约 等 从石榴石结 构中开发了一种新型的 活化荧光粉 与其他 激活的荧光粉不同的是 基质中 的 转变是主要的 橙色 红色 和深红色的发射是平衡的 发光的这种特殊性 主要满足植物中植物色素 远红光吸收型 和红 光吸收型 的需要 此外 还可以观察到从主体 组成元素 到活化剂 的桥型能量转移 对于 其能量转移效率高达 发光颜色为红色 的跃迁类型与 类似 典型的 红色荧光粉 的激发 带位于深紫外区域 在 附近有着很强的宽带 吸收 无法与市场常规紫外芯片 发射光谱 良好匹配 所以限制了 红光荧光粉 的发展 并且 通常窄带发射 并且发射光谱难 以调控 所以单独的 掺杂荧光粉并不适合在植 物补光领域使用 尽管 掺杂植物补光用的 荧光粉具有一些优点 但也需要考虑到其稳定性和 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 光谱范围等缺点 掺杂植物补光用的荧光粉研究进展 激活的红光荧光粉以其宽带吸收 窄带发 射 色纯度高以及成本低的优点 制成的白光 在室内照明 植物补光 背光显示等领域具有重要 应用前景 其中 的激发带位于 附近 匹配蓝光芯片的发光光谱 在 附近会出现窄 带发射峰 等 通过溶胶凝胶法合成了 通过第一性原理计算分析 了 离子的占位 在 紫外光或者 蓝光的激发下 材料发射出 的远红光 等 发现 荧光粉的发射光谱 与植物光敏色素红光吸收型 和远红光吸收型 的吸收带匹配良好 其光谱如图 所示 因此 荧光粉在促进植物生长 开花 和结果方面是非常有前景的应用 图 远红光吸收型与红光吸收型的相互转换及功能示意图 荧光粉的发射光谱和 光敏色素红光吸收型与远红光吸收型的吸收光谱比较 紧接着 等 报道了一种 离子掺杂 的有序双钙钛矿钨酸盐在空气中通过高温固相反应 制备 通过对其晶体结构 形貌和荧光特性进行了 详细的研究和讨论 优化的 的远红光发射覆盖在 波长范围内 获 得与叶绿素 和植物色素 远红光吸收型 的吸 收范围相匹配的光谱 的值为 其中 是晶体场分裂能 而 是荧光粉的热稳定性参数其比值表示荧光粉晶体场 分裂能和热稳定性之间的关系 最值得注意的是 发射具有出色的热淬灭电阻 在 时保持 从而适合制造远红色 器件 等 在空气中采用高温固相反应法制备了一种新型 的紫外激活的 红光荧光粉 详细 研究了荧光粉的晶体结构 发光特性和衰减曲线 发现 荧光粉在 范围 内呈现红光发射 在 激发下在 处最 大 可以促进植物生长 最佳 掺杂浓度约为 高于其他主体掺杂浓度 如图 所示 等 采用 位点多阳离子替代策略设计了 在 蓝光 激发下在 处发出红色发光峰值 具有优异的 量子效率即 外部量子效率 与商用红 光氟化物荧光粉 相当 等 研究了 的光致发光特性 发射峰出现在 处 与植物色素的吸收波长很好地匹配 这 是由 离子的 跃迁引起的 随着 浓 度的增加 色度坐标变为 为远 红色发射 综上所述 在高显色指数 光谱匹 配 远红光发射 光致发光特性 性价比高等这些 方面有着独特的优势 但是 掺杂荧光粉的在蓝 光激发时蓝光吸收效率较低 相对于 允许跃 迁 这就导致红光发光效率低 无法满足植物 补光的应用需求 而且单独的 掺杂的发射峰与 植物的多峰吸收还存在差距 综合考虑 的荧 照明工程学报 年 月 图 荧光粉的 和 光谱和 发射光谱的浓度依赖性 插图显示了浓度对 荧光粉发射强度的影响 和 光粉在植物补光领域具有潜力 但仍需要进一步研 究和开发 离子掺杂植物补光用的荧光粉研究进展 过渡元素 由于其 轨道对局域配位环境的 高灵敏度 常用作获取宽带近红外光常用的发光中 心 还具有基于晶体场强度 的窄谱和宽 谱光分布的可调性 通过溶胶法成功合成了 单相远红发射的 荧光粉 该荧光粉 可以被紫外光 紫光和红光很好地激发 并在远红 区域发出较强多峰宽带辐射光 峰值为 和 通过将 荧光粉涂覆在 紫色 和绿色 芯片的表面 成功制造了三种类型的远红发射 相应 的色度坐标分别为 通过高温固态反应制备了一种新型的 荧光粉 具有宽带发射 在 的激发 下 荧光粉在 范围 内显示出宽带发射 此外 荧光粉 具有良好的热稳定性 相对于室温 在 下可 以保持 的发射强度 该 荧光 粉表现出很高的 达到 使用这种荧光粉 获得了近红外 其光电效率在 时为 时为 近红外输出功率在 时为 时为 宽 带 荧光粉的近红外发射峰值为 如图 所示 可作为植物栽培的光源 等 采用溶胶 凝胶法成功地合成了窄带红 外荧光粉 掺杂 得到的平均粒径约 的 掺杂 荧光粉在 左右 发出强烈的红光 在 和 处有两个宽 的激发带 掺杂浓度为 退火温度为 时 光致发光光谱 强度最高 利用紫外 芯片进行激发 获得了色坐标为 的紫外 高培鑫等 采用高 温固相法制备了一系列远红光荧光粉 通过 或 取代 位点 使 得发射主峰从 分别蓝移至 和 在 测试下热稳定性能从 分别提升至 和 荧光粉的发射光谱与光敏色素 的一部分吸收波段 具有更好的匹 配性 等 报道了一种用于植物生长 的抗 热猝灭深红色荧光粉 通 过掺杂不同价态的 离子将缺陷引入 中 制备了化合物 和 荧光粉 在室温和高温下的发射光谱均与 光敏色素 和 的吸收光谱相匹配 这种引入 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 缺陷策略提供了一种提高 补光灯荧光粉新方 法 掺杂荧光粉具有良好的光谱匹配和色彩调 控 在热稳定性能方面还有待提高 图 近红外光谱仪 的 光谱及植物叶绿素 叶绿素 植物色素 和 的吸收光谱比较 图 补光 天后 组和 组的形态学特征 两次处理的新鲜和干燥重量 将 掺杂荧光粉应用到实际植物补光方面的 有 等 用 荧光粉制备了 器件 研究了其对植物 生长的影响 的掺杂能使矮化盆栽 番茄的生长周期缩短 果实品质得到改善 显示出 荧光粉在植物生长中的有效性 通过使用 荧光粉来证明 促 进植物生长的原理 荧光粉的 达到 利用 射线衍射 随温度变化的光致发光 和随压力变化的光致发光 对其详细的结构和发光 特性进行了表征 等 通过调节晶体场环境和 添加通量 开发了一种近红外荧光粉 它在 处表现出最大峰值 与远红光吸收型 的吸收带 很匹配 在 的激发下 最佳荧光粉的 和 分别为 和 在 温度下所研 究的荧光粉的综合发射强度约为室温下的 植 物补光实验表明 在补充近红外光照射下 如图 所示 豌豆幼苗的生物量增加了 通过对 植物的实际照明效果来看 单独的 掺杂荧光粉 在植物补光方面效果非常的明显 但是 掺杂荧 光粉在稳定性和耐腐蚀方面还有待更深入的研究 多离子掺杂植物补光用的荧光粉研究进展 目前主要采用多离子共掺杂的方式改变能量传 递过程 来调控荧光粉的激发和发射光谱 一部分 通过控制发光材料的缺陷分布 类型和深度 以满 足不同的应用要求 另一部分通过共掺杂不同离子 调节荧光粉的发光波段 发光强度和发光寿命 以 满足特定应用的需求 扩展光谱范围 多离子共掺 杂可以引入多个发射中心 扩展荧光粉的光谱范围 使其能够匹配更广泛的光照要求 提高荧光效率 某些共掺杂系统可以通过能量转移过程来提高荧光 效率 从而提高荧光粉的发光强度 发光中心多离子掺杂一种在荧光粉中引入多种 不同离子或分子的掺杂方式 其中 不同离子或分 子具有不同的能级结构和电子跃迁过程 通过它们 之间的相互作用 能够实现更高效的发光过程 等 合成一种多波长发射荧光粉 红光吸收型 在近紫 照明工程学报 年 月 外光激发下 发射光谱不仅与植物叶绿素和类胡萝 卜素的吸收光谱一致 而且与细菌叶绿素的吸收光 谱重叠 通过调节 到红光吸收型 的能量转 移过程 可以调节它们的强度 以满足对不同植物 和细菌的吸收要求 等 引入 离子于 基质中精确地调整了晶格的分布 使荧光 粉的荧光寿命提高了 倍 等 利用 代替 在 掺杂的 红色荧光粉 中观察到光谱可调谐发光特性 并使用晶体场理论 和电子云膨胀效应 来解释这 一现象 并且获得了明亮的蓝光和红光 这很好地 满足植物色素的吸收 等合成的 掺杂 的 荧光粉 该荧光粉具有多 图 苗期后开始生长时间记录 不同光照条件下 和 室内烟草植物栽培照片 平均株高 烟株数为 株 与生长时间的关系 个激发峰 在近紫外光 或蓝光激发下 样 品表现出明亮的窄黄色和蓝色发射 此外 和 的掺杂增强了发光强度 分别达到 和 时的发光强度保持在 时初始 值的 左右 其热稳定性提高了 用 芯片 和所获得的 荧光粉 组装的器件发射出明亮的暖白光 将其用于烟草种 植照明 结果显示 制备的荧光粉发出的光很好的 促进烟草植物的生长 等 合成双发射碱性 硅酸盐荧光粉 实现了蓝 色和红色发射 这与植物叶绿素的吸收很好地匹配 的热稳定性与大多数报道的 共激活的双发射荧光粉相比 显著提高这是由 于热激活缺陷 能量传递过程所致 报道了一种新型的植物保护型蓝绿色双发射 荧光粉 它能满足植物的光照要求 此外 用 荧光粉制造的白光 器件显示 出优异的白光发射性能 对应的 颜色坐标和 分别位于 和 将光谱 与叶绿素 叶绿素 以及光敏色素红光吸收型 和远红光吸收型 的吸收光谱进行比较 显示了 该灯具作为植物补光灯的可能性 而且在不同输入 功率下该器件具有良好的稳定性 非发光中心的多离子掺杂发光是指在荧光粉中 通过向材料中引入多种离子掺杂 利用不同离子之 间的能量传递和电荷转移过程来实现发光效果的提 升 等 在不同光处理下 相同生长时间的 烟草植株高度存在显著差异 如图 所示 采用 可以提高烟苗生长 缩短发 芽时间 提前 左右 并且可以将培养时间缩 短到移栽前 等 基于大量的参考文献和 实验结果 总结出一个关于陷阱性质的经验法则 通过在 荧光粉中共掺杂 离子 降低了浅层陷阱的密度 诱导了适合远红光 刺激的深度陷阱 从而延缓了红外到紫外的持续发 光的时间 等 采用高温固相法制备了 掺杂的 荧光粉 荧光粉呈现出 八面体内 跃迁造成的 宽发 射带 而后采用 或 离子共掺杂的方式 通 过能量传递过程提高了材料的发光强度 等 通过引入 离子的方式提高了 的发光强度 且发射峰出现了轻微 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 的蓝移 在 激发下 的发光与远红光吸收型 吸收谱较为匹 配 因此可用于近紫外芯片激发植物生长用 补 光灯具 如图 所示 其发射光谱与远红光吸收型 的吸收光谱匹配 因此其可以应用于植物生长照 明领域 如图 所示 等 采用传统固相 反应法制备了一种新型的双钙钛矿 和 改性 远红外荧光粉 发现所有 样品都具有优异的热稳定性 由于 和 可以显著改善 的发光性能和热稳定性 最后将 紫外光 芯片与 的远红光 荧光粉 和 的蓝色荧光粉结合制备了一种 植物补光 器件 盖淑杰等 采用 燃烧法 高温二次烧结 的方法制备了 荧光粉 将自 制的荧光粉材料涂覆在 的蓝紫光 芯片 上制成植物补光灯具 研究红蓝组合光 和 远红光对番茄的影响 结果表明 远红光荧光粉激发型 植物灯能调控 番茄开花时间 缩短其生理周期 提高番茄果实品 质 等 报道了溶液燃烧法制备 共掺杂 荧光粉及其光致发光性能 荧光粉在 处激发出 的远红色宽带发射 最大发射峰位置在 处 荧光粉的光致发光 性能主 要取决于 的跃迁 和 的加入可以有 效地提高荧光粉的光致发光 强度 值得注意的 是 磷光体在涂覆到玻璃基 板上或与塑料混合时也发射出的远红色 而不影 响其他可见光的透射 然而多离子共掺杂也面临一些问题 一是多离 子共掺杂通常需要较精确的化学合成方法 以确保 离子均匀掺杂进入晶体结构中 增加了合成的难度 和时间成本 二是离子之间的能量转移过程可能受 到晶体结构和占位位置的影响 不正确的共掺杂配 置可能会导致能量传输效率降低 影响荧光粉的发 光性能 三是某些多离子共掺杂体系可能不稳定或 容易发生色坐标偏移 特别是在高温或长时间光照 条件下 这可能导致荧光粉的寿命缩短或发光性能 的衰减 综上所述 多离子共掺杂在调节荧光粉发 光特性方面具有优势 但合成复杂性和稳定性问题 图 的发射光谱和光敏色素 红光吸收型 远红光吸收型 吸收光谱的对照图 图 的激发光谱 和 发射光谱 光敏色素红光吸收型 远红光吸收型 吸收光谱 需要被克服 随着进一步的研究和技术的发展 这 些问题可能会得到解决 从而推动多离子共掺杂的 应用 总结与展望 近年来 随着 技术的快速发展 光源 已经广泛应用于植物补光领域 荧光粉作为一 种新型的光转换材料 具有高效 稳定 长寿命等 照明工程学报 年 月 优点 已成为 补光领域的关键技术之一 通过 对荧光粉的研究 可以实现植物生长所需的红 光 蓝光 黄光等光谱的发射 有效提高植物的生 长速度和品质 本文综述了离子掺杂荧光粉在植物补光灯具方 面的应用情况 分别介绍 和 以及多离子掺杂的应用情况 从中总结出多离 子掺杂制造室内植物栽培应用的 是植物补光领 域的未来 可以利用 离子的宽光谱位于红色和 远红色区域 与远红光吸收型 和红光吸收型 植物色素的吸收带相重合 在掺入其他稀土和非稀 土金属离子使 发射峰的红移或蓝移 达到发光 强度提高数倍 通过多离子的共掺杂未来可以解决 植物补光用的荧光粉在应用于植物照明器件时的光 谱匹配 光转换效率 荧光稳定性 成本和可持续 性以及色彩调控等方面的挑战和痛点 通过对以上文献的阅读分析 可以发现大部分 的研究仍处于理论研究方面 仅是利用荧光粉的发 射光谱是否与叶绿素吸收光谱重叠来判断荧光粉是 否适用于植物补光领域 大部分并未将荧光粉做成 植物补光灯具 只有少部分将植物补光用的荧光粉 直接应用在植物照明上面 在补光具体应用上也不 够深入 通过研发高效 稳定 可持续生产多离子 共掺杂的植物补光用的荧光粉 并优化其光转换效 率 稳定性 光谱特性和色彩调控能力 可以更好 地满足植物照明领域的需求 总体来看 荧光 粉在植物补光领域的应用前景广阔 但其研究和应 用仍需要进一步深入 未来的研究方向包括通过多 离子掺杂的方式提升植物补光用的荧光粉的稳定性 能 发光性能 以及其在植物生长与发育过程中的 作用机制等 对于研究人员而言要将研究出来的产 品交给生产企业 配合企业实现大规模量产 并且 深入植物工厂内部了解实际使用过程中遇到的问题 不断的实现产品优化迭代 这将进一步推动 补 光技术的发展 为实现高效 绿色 可持续的农业 生产做出贡献 参考文献 纪建伟 解飞 激发光源叶绿 素荧光参数在线监控系统 农业工程学报 王声学 吴广宁 蒋伟 等 原理及其照明应用 灯与照明 刘文科 杨其长 魏灵玲 光源及其设施园艺应 用 北京 中国农业科学技术出版社 王伟伟 马俊贵 设施温室补光灯的应用 农业 工程 李效民 光源在农业照明领域的市场需求分析 湖北农业科学 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 刘丹 光源对花生以及黄瓜幼苗生长的影响 南京 南京农业大学 杨其长 徐志刚 陈弘达 等 光源在现代农业 的应用原理与技术进展 中国农业科技导报 黄光辉 中科院和福建三安合力打造全球最大植物工 厂 郁道银 谈恒英 工程光学 第四版 北京 机械工业出版社 李震 固相法合成近紫外激发硼酸盐荧光粉的低温工 艺研究 厦门 厦门大学 孟庆浩 基于 的光量子通量密度空间均匀性 研究 成都 电子科技大学 何军 廖森 韦庆敏 荧光粉发展现状及趋势探讨 民营科技 林以军 量子点荧光粉发光机理 制备及用于可 见光通信的带宽特性研究 吉林 吉林大 学 白琼宇 植物生长用 红 蓝荧光粉的优化及其发 光特性研究 北京 北京交通大学 邓建昆 陈燕科 陈智杰 等 荧光 粉掺杂 透光罩的制备及其在植物灯中的应用 发光学报 张义 周翠平 张启凤 等 植物补光用非晶态 荧光粉的燃烧合成及性能 无机化学 学报 照明工程学报 年 月 章伟 何梦婷 乔旭升 等 激活的典型 红 色荧光粉研究进展 发光学报 姬海鹏 离子光谱学基础 发光学报 高培鑫 董鹏 周泽云 等 新型植物补光用远红光 荧光粉的光谱调控 发光学报 第 卷第 期王大伟等 植物补光用 荧光粉研究进展 盖淑杰 吴美韩 张晓娟 等 荧光粉激发型远红光 植物灯对番茄生长的影响研究 核农学报 关于申报 年度中国照明学会团体标准 第一批 的通知 根据 国家标准化发展纲要 及 关于促进团体标准规范优质发展的意见 的精神 结合 中国照明学会团体标准管理 办法 和 中国照明学会团体标准制修订工作程序 要求 中国照明学会决定开展 年度中国照明学会团体标准 第一 批 的申报工作 现就有关事项通知如下 一 申报范围 中国照明学会团体标准遵循公开 公平 公正和协商一致的原则 标准内容应突出行业专业特色 反映技术创新 适应 市场需求 体现行业成果 具体分为管理类 服务类 评价类 方法类 技术类等 支持专利融入团体标准 推动技术进步 二 申报原则和要求 标准选题应以围绕行业发展迫切需要和参与国内外市场竞争为主要方向 并与现行国家标准 行业标准 地方标 准 团体标准无交叉 无重复 对技术成熟 基础工作扎实 技术文件较完善的标准可优先立项后 进入快速制定程序 立项申请单位应具备与团体标准相关的工作基础 有配套的技术 设备和人员条件 鼓励相关单位联合提出申请 团体标准制修订经费由立项申请单位负责筹措 有关单位和个人可提供支持 三 申报条件 标准申报单位应为中国照明学会单位会员 且具有独立法人资格 科研诚信未出现不良情况 在申报领域具有技术 优势 标准编写经验丰富 能够为标准编制提供人员 技术和经费支持 除申报单位外 参与标准编制的单位不得少于 家 参编单位也应为独立法人单位 科研诚信未出现不良情况 且 具备与标准内容相关的业务能力和经验 为标准的编写作出实质性贡献 标准主要起草人应具有高级技术职称及丰富的标准编写经验 熟悉标准编写规则 具有较强的组织协调能力和良好 的文字表达能力 具备解决标准编制过程中技术问题的专业能力 长按识别二维码 下载附件 四 材料提交要求 有意愿申请中国照明学会团体标准立项的单位 请于 年 月 日前将标准立项申请书及相关 材料发送至学会邮箱 抄送至 纸质版盖章材料原件 份邮 寄至中国照明学会秘书处 邮寄地址 北京市东城区交道口南大街 号 层中国照明学会 室 五 联系人和联系方式 中国照明学会秘书处 毕小曼 电子邮箱 南京市城市照明建设运营集团有限公司 刘青禾 电子邮箱