摘要
光作为影响植物生长的重要环境因素，控制着植物细胞中发生的许多过程。近年来，随着室内种植农业的蓬勃发展，LED因其绿色环保，使用寿命长的优点，已取代传统光源，被广泛用于植物补光。然而，并不是所有的光都能被植物吸收并利用，其中蓝光（400~500nm），红光（620~690nm）和远红光（700~740nm）起主要作用，分别控制着光合作用，植物向光性和光形态发生作用。目前，非稀土掺杂植物生长LED用荧光粉的研究较少。因此，本文以物理化学性质稳定的钽酸盐作为基质，以非稀土离子（Mn4+、Bi3+）作为掺杂离子，使用高温固相法制备可用于植物生长LED用荧光粉。 （1）以高温固相法成得到的Ca2GdTaO6:xMn4+,yBi3+(x=0~0.014,y=0~0.014)(CGT:xMn4+,yBi3+)和Ba2GdTaO6:xMn4+,yBi3+(x=0~0.014,y=0~0.014)(BGT:xMn4+,yBi3+)荧光粉。所合成得到的样品均是纯相。深入研究了掺杂离子在基质中的占位情况，Mn4+倾向于占据Ta5+格位。而Bi3+在BGT体系中倾向占据Ba2+格位，在CGT体系中倾向于占据Ca2+格位。掺杂离子的加入扩大了荧光粉的吸收光谱范围和吸收强度。BGT:Mn4+荧光粉发光强度强于CGT:Mn4+荧光粉，原因是在BGT基质中Mn4+的激发态轨道与导带间隙更大，电子发生非辐射跃迁概率更小。两种体系的共掺杂荧光粉均可被250~500nm的激发光激发，CGT体系共掺杂荧光粉可发射429nm蓝光和679nm红光，BGT体系共掺杂荧光粉可发射453nm蓝光和688nm红光。随着Mn4+掺杂浓度的增加，CGT:xMn4+,0.008Bi3+和BGT:xMn4+,0.010Bi3+荧光粉的Bi3+的荧光寿命衰减逐渐加快，说明存在由Bi3+到Mn4+的能量传递，CGT:xMn4+,0.008Bi3+的最大能量传递效率是72.4%，BGT:xMn4+,0.010Bi3+的最大能量传递效率是67.3%。能量传递方式为偶极-偶极相互作用。由于能量传递，CGT:0.006Mn4+,0.008Bi3+的Mn4+发射强度是CGT:0.006Mn4+荧光粉的1.53倍，BGT:0.010Mn4+,0.010Bi3+的Mn4+发射强度是BGT:0.010Mn4+荧光粉的1.43倍。在温度为418K时，CGT:0.006Mn4+,0.008Bi3+和CGT:0.006Mn4+的Mn4+发光强度降至298K的11％和7.8％。BGT:0.010Mn4+,0.010Bi3+的Mn4+离子发射强度在420K时降至300K的37.5％。两种共掺杂荧光粉的发射光谱均与植物生长所需的吸收光谱匹配，其中BGT:Mn4+,Bi3+荧光粉在红光区域匹配度更高。而且，还可以通过调节两种掺杂离子浓度，均可以得到不同比例的红蓝光发射光谱，证明该荧光粉在植物生长LED具有一定的应用潜力。 （2）通过高温固相法合成了ALaMgTaO6:xMn4+,yBi3+(x=0~0.014,y=0~0.014)(A=Ba,Ca)荧光粉（简写为BLMTO:xMn4+,yBi3+和CLMTO:xMn4+,yBi3+）。所合成得到的样品均为纯相。通过计算掺杂荧光粉的理论形成能，探讨Bi3+离子在基质中的占位。研究结果表明，Bi3+在BLMTO的Ba2+位点时形成能最低，在CLMTO的Ca2+位点形成能最低，且电子转移数目最多。在315nm的激发下，BLMTO:xMn4+,0.012Bi3+荧光粉同时出现Bi3+和Mn4+发射峰，分别位于462nm和702nm处。在313nm激发下，CLMTO:xMn4+,0.012Bi3+发射光谱同时出现位于466nm处的Bi3+发射峰和位于708nm处Mn4+发射峰。利用荧光寿命以及发射光谱等表征手段深入研究了两种体系的Bi3+→Mn4+能量传递，能量转移的方式均是偶极-偶极相互作用。BLMTO体系能量转移效率最高达76.99％，CLMTO体系最高能量转移效率是92.53％。由于能量传递的存在，共掺荧光粉的Mn4+发光强度均比单掺荧光粉高。CLMTO体系荧光粉的热稳定性更好，当荧光粉被加热至420K时，BLMTO:0.012Mn4+,0.012Bi3+和BLMTO:0.012Mn4+的Mn4+发射强度分别降至300K的17.0％和18.5％，Bi3+发光强度下降至300K的21.6%，而CLMTO:0.012Mn4+,0.012Bi3+和CLMTO:0.012Mn4+的Mn4+发射强度降至300K的44.4％和39.2%，Bi3+发光强度下降至300K的26.9%。通过研究还发现，BLMTO:xMn4+,0.012Bi3+与CLMTO:xMn4+,0.012Bi3+均能通过调节掺杂离子比例进行红蓝光强度调节。而且，两个体系的发射光谱与叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱在蓝光区域均有很好的重叠，与红光区域也有一定程度的重叠，但CLMTO:xMn4+,0.012Bi3+最大发射波长（708nm）比BLMTO:xMn4+,yBi3+（702nm）、CGT:xMn4+,yBi3+（679nm）和BGT:xMn4+,yBi3+（688nm）更加靠近植物色素PFR的最大吸收波长（730nm），说明该荧光粉在植物生长LED具有更大的应用潜力。
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