Люминесцентное вещество Российский патент 2017 года по МПК C09K11/08 C09K11/68 C09K11/55 C09K11/78 

Изобретение относится к материалам квантовой электроники, лазерной оптики, функциональной электроники и может быть использовано в качестве активных сред низкопороговых твердотельных лазеров инфракрасного диапазона с оптической накачкой, в устройствах информатики и лазерной техники для отображения знаковой, графической и телевизионной информации, в качестве сцинтилляторов.

Цель изобретения - увеличение интенсивности люминесценции на длине электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2 иона неодима.

Поставленная цель достигается тем, что люминесцентное вещество состоит из нового молибдата состава Li₃BaCaGd_2.8Y_0.2(MoO₄)₈ со слоистой шеелитоподобной структурой, легированного ионами Nd³⁺. Люминесцентное вещество имеет формулу Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16).

Аналогами предлагаемого люминесцентного вещества являются люминофоры на основе средних [1] и двойных молибдатов [2], имеющих шеелитоподобную структуру (1. Каминский А.А. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. – М.: Наука. 1986. С. 5-61), и двойных молибдатов (2. Балакирева Т.П., Брискина И.М., Вакулюк Е.А. и др. Люминесценция и стимулированное излучение монокристаллов BaGd_2-xNd_x(MoO₄)₄. Квантовая электроника. 1981. Т. 8. №3. С. 656-660), имеющих шеелитоподобную структуру.

Недостатком этих люминофоров является относительно низкая интенсивность люминесценции ионов Nd³⁺ за счет концентрационного тушения, а также низкий коэффициент преобразования световой энергии.

Наиболее близким по качественному составу люминесцентному веществу по изобретению - прототипом является люминесцентное вещество на основе тройного молибдата Li₃BaCaLn_3-xNd_x(MoO₄)₈. Ln-La, Gd, Y, Lu, (0.06≤x≤0.15), (Кожевникова H.M. «Люминесцентное вещество». Патент РФ на изобретение №32548086 от 18.03.2015. Бюл. №10).

Недостатком этого материала является недостаточно высокая интенсивность люминесценции Nd³⁺, низкий энергосъем вследствие концентрационного тушения.

Увеличение интенсивности люминесценции на длине электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2 иона неодима достигается тем, что люминесцентное вещество, содержащее оксиды лития, бария, кальция, гадолиния, неодима, молибдена, дополнительно содержит оксид иттрия, образуя при этом вещество состава Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16)), в пересчете на оксиды состав люминесцентного вещества Li₃BaCaGd_2.8-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16)), соответствует, мас.%: Li₂O 2.19-2.41, ВаО 7.79-8.02, СаО 2.85-2.99, Gd₂O₃ 24.84-25.03, Y₂O₃ 1.17-1.32, Nd₂O₃ 0.21-0.72, MoO₃ - остальное.

Люминесцентное вещество Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16), кристаллизуется в слоистой шеелитоподобной структуре, принадлежит к структурному типу моноклинно искаженного шеелита, пр. гр. С2/с, изоструктурно Li₃Ba₂R₃(MoO₄)₈. R-La, Gd, Y, Lu. В структуре Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, легированном Nd³⁺, реализуются сотоподобные слои из R-восьмивершинников, к обеим сторонам слоя присоединяются Мо-тетраэдры через общие кислородные вершины. Атомы лития занимают различные кристаллографические позиции, треть атомов лития статистически располагается по позициям редкоземельного элемента с к.ч.=8. Оставшиеся 2/3 атомов лития локализованы в частной позиции на оси второго порядка с октаэдрической координацией по кислороду. Атомы Ва и Са имеют координацию 10 и находятся между слоями, образованными полиэдрами Мо и РЗЭ. Кристаллохимическая формула соединений может быть записана в виде: Li₂(Ba_0.43Ca_0.43R_0.15)₂(R_0.675Ba_0.038Ca_0.037Li_0.25)₄(MoO₄)₈.

Соотношение заявляемых составов обусловлено областью фазовой однородности Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16), образующегося в системе Li₂O-ВаО-СаО-Gd₂O₃-Y₂O₃-Nd₂O₃-MoO₃.

Пример 1. Шихту состава, мас.%: Li₂O 2.19, ВаО 8.02, СаО 2.99, Gd₂O₃ 24.84, Y₂O₃ 1.17, Nd₂O₃ 0.21, MoO₃ - остальное, гомогенизируют путем многократного перетирания в агатовой ступке со спиртом и проводят двухступенчатый отжиг при 450-550°С в течение 40-45 ч и 700-750°С в течение 70-80 ч. Полученное люминесцентное вещество Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16) имеет интенсивность люминесценции на длине электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2 иона неодима в 1.6 раза выше, чем прототип, и в 1.7 раз выше, чем базовый объект квантовой электроники Y₃Al₅O₁₂:Nd³⁺ (1.5 ат.%), что показано в таблице.

Пример 2. Шихту состава, мас.%: Li₂O 2.30, ВаО 7.79, СаО 2.8, Gd₂O₃ 27.89, Y₂O₃ 1.17, Nd₂O₃ 0.67, MoO₃ – остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцентное вещество Li₃BaCaGd_2.8-xY_02-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16), имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2 в 1.73 раза выше, чем прототип, и в 1.84 раза выше, чем базовый люминофор квантовой электроники Y₃Al₅O₁₂:Nd³⁺ (1.5 мол.%). Результаты измерений интенсивности люминесценции Nd³⁺ приведены в таблице.

Пример 3. Шихту состава, мас.%: Li₂O 2.34, ВаО 7.92, СаО 2.91, Gd₂O₃ 27.98, Y₂O₃ 1.25, Nd₂O₃ 0.47, MoO₃ – остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцентное вещество Li₃BaCaGd_2.8-xY_02-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16), имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2 в 1.79 раза выше, чем прототип, и в 1.88 раза выше, чем базовый люминофор квантовой электроники Y₃Al₅O₁₂:Nd³⁺ (1.5 мол.%). Результаты измерений интенсивности люминесценции Nd³⁺ приведены в таблице.

Уменьшение содержания оксида лития ниже 2.19 мас.% приводит к нарушению однородности люминесцентного вещества и ухудшает его оптическое качество. Увеличение содержания оксидов гадолиния, иттрия и оксидов бария, кальция выше 25.03, 1.32 и 8.02, 2.99 мас.% соответственно способствует образованию второй фазы Gd₂(MoO₄)₃ или ВаМоО₄, CaMoO₄, что приводит к многофазности люминесцентного вещества и ухудшает его оптическое качество.

Сравнительные характеристики заявляемых составов

Iотн* соответствует интенсивности люминесцентного вещества относительно базового люминофора, вторая цифра в столбце Iотн соответствует интенсивности люминесцентного вещества относительно прототипа.

Как следует из полученных результатов, техническим результатом изобретения является повышение интенсивности люминесценции ионов неодима на длине волны электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2. В интервале 3-16 мол.% Nd³⁺ интенсивность люминесценции люминесцентного вещества состава Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, (0.03≤x≤0.16), превышает интенсивность базового люминофора квантовой электроники и прототипа. Полученное люминесцентное вещество может найти применение в качестве ИК-люминофора, а при условии получения кристаллов высокого оптического качества, устойчивых к влиянию внешних воздействий температуры и влаги, возможно применение в качестве лазерного материала.

Изобретение относится к новому люминесцентному веществу, которое может быть использовано в качестве активных сред низкопороговых твердотельных лазеров инфракрасного диапазона с оптической накачкой, в устройствах информатики и лазерной техники для отображения знаковой, графической и телевизионной информации, в качестве сцинтилляторов. Люминесцентное вещество имеет состав Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, где 0,03≤x≤0,16. Указанное люминесцентное вещество получено из шихты, содержащей оксиды, мас.%: Li₂O 2,19-2,41, BaO 7,79-8,02, CaO 2,85-2,99, Gd₂O₃ 24,84-25,03, Y₂O₃ 1,17-1,32, Nd₂O₃ 0,21-0,72, МоO₃ - остальное. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности люминесценции люминесцентного вещества на длине электронного перехода ⁴F_3/2→⁴I_11/2 иона Nd³⁺. 1 табл., 3 пр.

Люминесцентное вещество состава Li₃BaCaGd_2.8-xY_0.2-xNd_x(MoO₄)₈, где 0,03≤x≤0,16, полученное из оксидов - лития Li₂O, бария ВаО, кальция СаО, гадолиния Gd₂O₃, иттрия Y₂O₃, неодима Nd₂O₃, молибдена MoO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Li₂O 2,19-2,41 ВаО 7,79-8,02 СаО 2,85-2,99 Gd₂O₃ 24,84-25,03 Y₂O₃ 1,17-1,32 Nd₂O₃ 0,21-0,72 MoO₃ остальное