СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОВКЛЮЧЕНИЙ ПРИМЕСЕЙ В ПОРОШКОВЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЛЮМИНОФОРАХ Российский патент 2015 года по МПК G01N21/88 

1. Назначение и область применения

Способ предназначен для определения содержания примесей в порошковых органических люминофорах и полуколичественной характеризации чистоты препарата люминофора с помощью люминесцентной оптической микроскопии, при этом данный способ предлагается использовать для контроля чистоты при разработке технологии высокочистых органических и металлоорганических порошковых люминофоров, а также для контроля промышленных органических металлоорганических порошковых люминофорных препаратов перед их использованием в технологии органических светоизлучающих устройств.

2. Терминология

Препарат люминофора (далее «препарат») - технологический продукт, содержащий основное вещество (люминофор) и примеси.

Микровключение - вид загрязнения основного вещества, при котором основное вещество и примесь образуют механическую смесь с характерным размером частиц примеси от нескольких микрон до нескольких десятков микрон. К микровключениям относятся как включения посторонних фаз, так и включения твердых растворов на основе фазы люминофора.

Люминесцентная оптическая микроскопия - оптическая микроскопия, в которой наблюдаемый объект является источником люминесценции в видимом диапазоне спектра.

3. Актуальность решаемой задачи

В настоящее время технология создания электролюминесцентных диодных структур (OLED) на основе органических и металлоорганических светоизлучающих материалов за рубежом рассматривается как наиболее перспективная для создания энергосберегающих гибких индикаторов и осветительных устройств. Успехи и перспективы OLED технологии связаны с развитием прикладных и фундаментальных аспектов теории, а также с совершенствованием технологических методов изготовления OLED структур. К настоящему времени многие из этих вопросов достаточно хорошо исследованы и представляют собой необходимую базу для инженера - разработчика OLED устройств.

Однако создание, по сути, нового раздела материаловедения - органических полупроводниковых материалов, требует разработки как новых материалов, так и стандартов качества, позволяющих реализовать впечатляющие перспективы OLED технологий.

Одной из актуальных проблем технологии OLED является проблема сверхчистых органических и металлоорганических препаратов сложного состава. Традиционное понятие чистоты и методы ее контроля, принятые в органической химии, применительно к технологии органических полупроводников, и в частности к OLED технологиям, работают недостаточно хорошо. В открытых источниках ведущие производители OLED устройств (SAMSUNG, SONY, Imagine, Kodak) и материалов для них не публикуют специфические требования, которые они предъявляют к органическим препаратам, используемым в технологическом процессе. В силу сказанного, разработка новых подходов к оценке качества органических препаратов, используемых в OLED технологии, является жизненно необходимой для российских отраслей промышленности.

Для специалистов известно, что фазовый состав порошковых препаратов можно определить

- методом рентгено-фазового анализа,

- методом люминесцентной микроскопии,

- методом хроматографии,

- методом ИК и рамановской спектроскопии,

- по косвенным признакам.

Однако все перечисленные методы или способы имеют свои различные недостатки: дорогое аппаратурное оформление, отсутствует количественная интерпретация, проба не является исследуемым порошком, а будучи растворенной в жидкости - его производная, и т.д.

«Бессероводородные методы качественного полумикроанализа», автор Крешков А.П., высшая школа, 1979 г.

Решаемая техническая задача - повышение качества порошковых органических и металлоорганических люминофоров, а достигаемый технический результат - повышение качества светоизлучающих изделий на основе органических и металлоорганических люминофоров.

Способ определения микровключений примесей в порошковых органических люминофорах характеризуется тем, что определяют долю частиц в препарате, цвет которых отличен от цвета частиц основного вещества препарата при освещении его как видимым, так и ультрафиолетовым излучением, затем изображение препарата регистрируют с помощью цифровой фотокамеры, совмещенной с оптическим микроскопом, при этом, так как цвет люминисценции является специфической характеристикой люминофора, частицы другого цвета определяют как частицы примеси, затем определяют поверхностную долю областей, имеющих цвет, отличный от цвета люминофора, при этом поверхностная доля областей определяется как отношение площади областей на изображении, отличающейся по цвету свечения от основной фазы люминофора, к площади всего изображения, при этом значение поверхностной доли областей, соответствующих микровключениям, дает верхнюю оценку объемной доли микровключений и определяется по формуле:

,

где S_i - суммарная площадь областей на i-ом изображении, S₀ - площадь всего изображения, n - количество изображений.

4. Способ реализации

Способ реализуется следующим образом: с помощью шпателя порошковый препарат в количестве не менее 0,02 г наносится на предметное стекло. Поверхность препарата делается плоской при помощи второго предметного стекла, которым приминают образец, параллельно плоскости предметного стекла. Из-за опасности вдыхания мелких частиц операции с препаратом проводить под тягой. Наблюдая поверхность образца в отраженном видимом свете в микроскоп, выбирают плоский участок поверхности образца и помещают его в центр поля зрения. Подбирают максимальное увеличение микроскопа, при котором видна форма частиц примеси и, при этом, наблюдают их равномерное распределение в поле зрения. Если распределение частиц примеси неравномерное, необходимо сделать несколько изображений с разных участков поверхности образца. Значение увеличения зафиксировать. Произвести фотосъемку поверхности препарата. Проверить правильность экспозиции по гистограмме. Если необходимо, скорректировать экспозицию и повторить фотосъемку. Включить УФ подсветку и повторить съемку. Провести обзор поверхности образца при больших увеличениях для выявления более мелких микровключений с использованием как видимой, так и УФ подсветки. Если такие, микровключения обнаружены, провести повторную съемку при другом увеличении. Провести фотосъемку в белом свете белого листа бумаги, расположенного под объективом микроскопа вне фокуса. Проверить правильность экспозиции по гистограмме. Если необходимо, скорректировать экспозицию и повторить фотосъемку белого листа. Полученные файлы изображений поверхности образцов перенести с фотокамеры на персональный компьютер и открыть программой редактирования растровых изображений. На изображении белого листа найти темные области. Эти области соответствуют загрязнениям на фотографической матрице и в дальнейших расчетах требуется их вычитание - они не учитываются. На каждое изображение, снятое при освещении видимым светом, наложить программно второй слой с соответствующим изображением, снятым при УФ освещении. Попеременно включая и выключая второй слой изображения в программе редактирования растровых изображений, найти области, удовлетворяющие одному из следующих условий:

- имеют особый цвет при белом освещении,

- имеют особый цвет при УФ освещении,

- темные при любом освещении.

С помощью соответствующих инструментов программы (подсчет пикселей) на каждом изображении определить общую площадь найденных областей путем подсчета пикселей. При этом области, найденные на предыдущих увеличениях, не учитывать. Поверхностная доля областей, соответствующих примесям, определяется по формуле:

,

где S_i - суммарная площадь областей, соответствующих примесям на i-ом изображении. S₀ - площадь всего изображения, n - количество изображений. Результат обнаружения микровключений представляется в виде всех файлов фотографических изображений, выполненных в ходе исследования, (фиг.1-11). За результат оценки максимальной объемной концентрации примесей принимают значение, полученное в (1).

Относительно других методов анализа порошковая дифракция учитывает быстрый, неразрушающий анализ многокомпонентных смесей без потребности в обширной демонстрационной подготовке. Это дает возможность быстро проанализировать неизвестные материалы и выполнить характеристику материалов в таких полях, как металлургия, минералогия, судебная медицина, археология, физика конденсированного вещества, биологические и фармацевтические науки. Идентификация выполняется в сравнении дифракционного образца к известному стандарту или к базе данных, такой как Международный Центр Порошкового Файла Дифракции Данных (PDF) или Кембридж.

Изобретение предназначено для определения содержания примесей в порошковых органических материалах. Способ основан на определении доли частиц в препарате, цвет которых отличен от цвета частиц основного вещества препарата при освещении его как видимым, так и ультрафиолетовым излучением. Так как цвет люминесценции является специфической характеристикой люминофора, частицы другого цвета с высокой вероятностью являются частицами примеси. Количественное определение объемной доли таких частиц представляется нецелесообразным, определяется поверхностная доля областей, имеющих цвет, отличный от цвета люминофора. Поверхностная доля областей определяется как отношение площади областей на изображении к площади всего изображения. Значение поверхностной доли областей, соответствующих микровключениям, дает верхнюю оценку объемной доли микровключений. Изобретение обеспечивает повышение качества светоизлучающих изделий на основе органических и металлоорганических люминофоров. 11 ил.

Способ определения микровключений примесей в порошковых органических люминофорах, характеризующийся тем, что определяют долю частиц в препарате, цвет которых отличен от цвета частиц основного вещества препарата при освещении его как видимым, так и ультрафиолетовым излучением, затем изображение препарата регистрируют с помощью цифровой фотокамеры, совмещенной с оптическим микроскопом, при этом, так как цвет люминисценции является специфической характеристикой люминофора, частицы другого цвета определяют как частицы примеси, затем определяют поверхностную долю областей, имеющих цвет, отличный от цвета люминофора, при этом поверхностная доля областей определяется как отношение площади областей на изображении, отличающейся по цвету свечения от основной фазы люминофора, к площади всего изображения, при этом значение поверхностной доли областей, соответствующих микровключениям, дает верхнюю оценку объемной доли микровключений и определяется по формуле:
$$\alpha =\frac{\sum _{i=1}^n{S}_i}{S_0}$$ ,
где S_i - суммарная площадь областей на i-ом изображении, S₀ - площадь всего изображения, n - количество изображений.