3．特种光源用发光材料

3．1 植物照明用发光材料

近年来随着光电技术的发展，LED发光效率得到大幅度提升，LED在植物工厂的应用逐渐受到世界各国的广泛关注。LED具有体积小、寿命长、低发热量等优点，此外，其所特有的波长优势、宽幅的可调性等，被认为是人工光植物工厂的有效替代光源。LED应用于植物照明的市场前景相当乐观，预期市场规模将快速增长。2017年植物照明（系统）市场规模约为6．9亿美金，其中LED灯具为1．93亿美金，预估到2020年植物照明（系统）市场将成长至14．24亿美金，LED灯具将成长至3．56亿美金。目前实现LED发光的模式主要为蓝色LED芯片或紫外LED 芯片＋荧光粉，未来，植物照明用荧光粉也将是实现植物照明器件的重要原材料之一。

植物进行生长发育所需要的主要能量来源就是光，但是植物对光的吸收不是全波段的而是有选择性的，同时不同绿色植物对光的吸收光谱又基本相同，叶绿素对光波最强的吸收区有两个，一是在波长为400－500nm的蓝、紫光部分，对橙、黄光吸收较少，对绿光的吸收最少，所以叶绿素的溶液呈绿色，另一个是在波长为640－660nm的红光部分，红光有利于植物碳水化合物的合成，还能加速植物的生长发育。所以，高效的植物补光照明一般采用400－500nm的蓝光和 640－660nm的超红光以及部分白光LED的组合来实现。

此外，除了植物必须吸收的上述两类光，植物还存在光感受系统（光受体）。植物中最主要的光受体就是吸收红光或远红光的光敏色素（phytochrome）。它对红光和远红光极其敏感，参与植物从萌发到成熟的整个生长发育过程。植物体内的光敏色素以两种较稳定的状态存在：红光吸收型 （PR，lmax＝660nm）和远红光吸收型 （PR，lMAX＝730nm），这两种状态可相互转化，所以完整的植物照明方案还应该有730nm的远红光。蓝粉采用紫外／近紫外芯片激发，主要以铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、氮化物为基质，EU2＋为发光离子。深红色荧光粉大都采用EU、MN或CE等离子或与MN2＋共掺得到。这两种波段的荧光粉的研究已经十分广泛，目前技术比较成熟，能够实际应用于植物照明。但是用于植物光敏色素的远红光荧光粉的研究还很少，其发光效率还处于较低的水平，难以实际应用。因此开发与植物照明领域匹配的远红外光新型发光材料，解决其关键制备技术，以及对蓝、红以及远红光荧光粉在用于照明时，光的配比的研究是植物照明贡献于当今生物农业发展的重点方向。

3．2 近红外光源用发光材料

近红外光是指波长在780－2526nm范围内的电磁波，近年来近红外探测器在面部识别、虹膜识别、安防监控、激光雷达、健康检测、3D传感等领域的应用得到快速发展，已然成为国际研究焦点。预计2020年近红外探测器在全球生物识别市场规模将达到250亿美元，其中仅虹膜识别技术总产值将达到35亿美元。红外探测器件是通讯和物联系统的重要组成部分，急需高效窄带或特种宽谱带发射的的近红外（特别是780－1600nm） 器件。目前红外芯片的专利被国外掌握，尤其是1000nm以上波段芯片的效率低、成本高且受国外专利和技术垄断，亟待开发以高能成熟紫光－蓝光芯片激发荧光粉转换型高效红外器件。2016年底 ， 欧司朗推出首款蓝光芯片复合近红外荧光粉的近红外LED，用于测量食品中脂肪、蛋白质、水分或糖分含量。蓝光芯片与近红外荧光粉复合封装的实现方式具有制备工艺简单、成本低、发光效率高等优点在国际上受到广泛关注。因此，开发各波段近红外LED用新型近红外荧光粉，实现其多样化的应用需求迫在眉睫。

根据近红外光的分类，近红外长波为1100－2526nm的发光，近红外长波荧光粉主要以Er3＋和Ni2＋为发光中心。目前，该领域取得了一系列卓有成效的研究进展，研究出了近红外长波不同波段的荧光粉，且通过敏化离子等的引入实现了能量传递，发光效率得到了很大的提高。

近红外短波为780～1100nm的发光，近红外短波荧光粉主要以Cr3＋、Yb3＋、Nd3＋为发光中心。目前业界在近红外发光材料领域获得了较为丰富材料体系，但存在的共性问题是发光效率低，部分体系稳定性较差，仍无法满足市场需求。因此，开发配套的新型近红外发光材料，突破紫光－蓝光激发下高效发射的红外荧光粉及其关键制备技术，不断提高其光效，逐渐替代近红外芯片。

4．结论

（作者：刘荣辉）