Неорганический фотохромный материал с пространственно-селективным эффектом памяти Российский патент 2020 года по МПК G02F1/01 C03C3/32 

Описание патента на изобретение RU2721095C1

Изобретение относится к области неорганических материалов для твердотельных индикаторов ультрафиолетового (УФ) излучения.

Фотохромные неорганические материалы, изменяющие цвет под воздействием УФ излучения, известны достаточно давно. Обычно они, в зависимости от состава, затемняются, просветляются или изменяют окраску при увеличении интенсивности УФ излучения. При этом изменение прозрачности или окраски происходит во всем объеме материала. Некоторые из неорганических фотохромных материалов сохраняют изменения окраски после снятия УФ излучения, т.е., их можно рассматривать как имеющие эффект памяти. Такой эффект не носит избирательного характера и наблюдается во всем объеме материала.

Развитие приборов для детектирования и индикации УФ излучения вызывает интерес к созданию материалов с избирательным эффектом памяти, который можно охарактеризовать как пространственно-селективный. Такой предполагаемый материал позволял бы «запоминать» на определенное время облучение, произведенное в конкретном месте датчика, а не во всем его объеме, и, соответственно, представлял бы интерес не только для индикаторов и детекторов УФ излучения, но и для устройств оптической памяти.

Наибольший интерес представляет разработка такого фотохромного материала для применения в длинноволновом УФ диапазоне, так же называемом «Ультрафиолет А» [стандарт ISO-DIS-21348], то есть в области длин волн приблизительно от 315 до 400-410 нм. С одной стороны, такое УФ излучение широко распространено в повседневной жизни, так как присутствует в спектре многих светоизлучающих приборов, в том числе, бытовых, косметических и медицинских. УФ излучение длинноволнового диапазона, при повышенной интенсивности, может представлять опасность для здоровья человека даже на удалении от источника, т.к. оно слабо поглощается атмосферой. Человеческий глаз не может определить наличие УФ излучения большей части этого диапазона, что является дополнительным фактором риска. Поэтому индикация и детектирование длинноволнового УФ излучения являются важными задачами. С другой стороны, для работы в этом диапазоне создано много источников излучения, в том числе, недорогих светодиодов, достаточно монохроматичных для применения в приборах оптической записи информации.

Известен фотохромный неорганический материал, имеющий состав, содержащий оксид европия Eu2O3 в концентрации 0,43-0,49% (масс.) и тетраборат лития Li2B4O7 (остальное). [Редькин Б.С, Синицын В.В., Колесников Н.Н., Орлов В.И. Фотохромное люминесцентное стекло. Патент РФ на изобретение №2583967, 15.04.2016 г.] - аналог. Этот материал мгновенно реагирует на УФ излучение, приобретая интенсивную окраску. Основной недостаток этого аналога - отсутствие эффекта памяти. При снятии УФ излучения материал сразу возвращается в бесцветное исходное состояние.

Известен фотохромный неорганический материал, содержащий SiO2, Al2O3, В2О3, Li2O, Na2O, K2O, Ag, CuO и NiO, просветляющийся практически до полной прозрачности при увеличении интенсивности УФ излучения [J.C. Mauro, L.M. Thirion. Reverse photochromic borosilicate glasses. US patent application publication Pub. No.: 20150099130 A1, 09.04.2015] - прототип. Этот фотохромный материал можно рассматривать как имеющий неизбирательный (наблюдающийся во всем объеме) эффект памяти - просветление остается после снятия УФ излучения. Основной недостаток такого материала - отсутствие пространственной селективности эффекта памяти. Существенным недостатком является необходимость термообработки для возврата материала в исходное состояние (повторное затемнение), затрудняющее применение материала в приборах.

Задачей настоящего изобретения является создание неорганического фотохромного материала с пространственно-селективным эффектом памяти.

Поставленная задача решается тем, что материал имеет состав Cu - 0,012-0,015% (масс.), Gd - 0,0004-0,0006% (масс.), ZnS - остальное.

Такой материал обладает пространственно-селективным эффектом памяти. На фотографиях Фиг. 1 представлена выборочная последовательная раскадровка кинограммы, показывающая эффект воздействия на предлагаемый материал источника излучения с длиной волны 405 нм. Сфокусированное пятно 1 от источника излучения совершает движение по замкнутому контуру (по часовой стрелке) в плоскости кристаллического образца, отдельно показанного на Фиг. 2. Облучение образца производилось снизу, то есть со стороны, противоположной представленной на Фиг. 1.В месте текущего нахождения сфокусированного пятна 1 цвет образца меняется на белый. При перемещении пятна 1 за ним остается след, в люминесценции которого на протяжении 2-3 секунд после сдвига пятна преобладает голубая компонента, что на раскадровке кинограммы отмечено как участок следа 2. Через 2-3 секунды после сдвига пятна в люминесценции следа начинает преобладать зеленая составляющая (участок следа 3), что хорошо видно визуально на Фиг. 1 и регистрируется в спектрах люминесценции как широкая полоса в интервале длин волн 480-550 нм, что соответствует практически всему зеленому поддиапазону видимой части спектра. Зеленое свечение образца сохраняется не менее 30 секунд и наблюдается на всю его толщину, но ширина следа не превышает диаметра сфокусированного пятна 1.

Таким образом, предлагаемый материал является фотохромным, так как его цвет меняется при воздействии ультрафиолетового излучения, и обладает эффектом памяти не менее 30 секунд. Эффект памяти пространственно-селективный: он наблюдается на всю толщину материала, но изменение цвета материала избирательно и наблюдается только по следу движущегося сфокусированного пятна УФ излучения.

Изготовление материала возможно путем, например, выращивания кристалла из расплава методами Бриджмена или зонной плавки в графитовых тиглях. Учитывая физико-химические свойства основного компонента (ZnS) такие процессы необходимо проводить под давлением инертного газа.

Интервалы концентраций Cu и Gd выбраны экспериментально.

При снижении концентраций до уровня ниже заявленных значений сначала падает время послесвечения, то есть эффект памяти становится непродолжительным. При дальнейшем уменьшении концентраций эффект памяти и фотохромные свойства материала пропадают полностью.

При увеличении концентраций Cu и Gd выше заявленных сначала быстро снижается продолжительность действия эффекта памяти, а затем, при дальнейшем повышении концентраций, перестают наблюдаться и фотохромные свойства материала.

Примеры составов приведены в таблице.

Похожие патенты RU2721095C1

название год авторы номер документа
ФОТОХРОМНОЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ СТЕКЛО 2015
  • Редькин Борис Сергеевич
  • Синицын Виталий Витальевич
  • Колесников Николай Николаевич
  • Орлов Валерий Иванович
RU2583967C1
Фотостимулируемое люминесцентное соединение 2022
  • Каплоухий Сергей Александрович
  • Абраменко Виктор Алексеевич
  • Салунин Алексей Витальевич
  • Поздняков Егор Игоревич
  • Селезнев Сергей Анатольевич
  • Дудукало Ольга Евгеньевна
  • Малышев Николай Евгеньевич
RU2797662C1
НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ С ОПТИЧЕСКИ ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ 2002
  • Вязалов С.Ю.
  • Другов И.К.
  • Трачук А.В.
  • Гончаров М.И.
  • Писарев А.Г.
  • Гончаров С.Н.
  • Измайлов В.Р.
  • Рыбин К.Г.
RU2235021C2
ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО МАТЕРИАЛА 2019
  • Курятников Андрей Борисович
  • Павлов Игорь Васильевич
  • Корнилов Георгий Валентинович
  • Федорова Елена Михайловна
  • Туркина Елена Самуиловна
  • Губарев Анатолий Павлович
  • Дежуров Сергей Валерьевич
RU2703795C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАЩИЩЕННОЙ БУМАГИ. ЗАЩИЩЕННАЯ БУМАГА И ЦЕННЫЙ ДОКУМЕНТ 2013
  • Курятников Андрей Борисович
  • Павлов Игорь Васильевич
  • Корнилов Георгий Валентинович
  • Федорова Елена Михайловна
  • Миловидов Вячеслав Николаевич
  • Лунина Елена Владимировна
  • Лукоянова Ольга Владимировна
  • Бухрякова Валерия Андреевна
  • Суходоев Александр Александрович
RU2536215C2
Широкополосный селективный сенсор УФ-излучения 2021
  • Юрченко Дмитрий Алексеевич
  • Евстропьев Сергей Константинович
  • Шашкин Александр Викторович
  • Дукельский Константин Владимирович
  • Князян Николай Бабкенович
  • Манукян Гоарик Габриэловна
  • Столярова Валентина Леонидовна
  • Кириллова Светлана Анатольевна
RU2781090C1
НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2007
  • Гребенников Евгений Петрович
  • Девятков Александр Георгиевич
  • Адамов Григорий Евгеньевич
  • Голдобин Игорь Степанович
RU2332352C1
СПОСОБ ВСТРАИВАНИЯ МЕТКИ В АЛМАЗ, ПОЛУЧЕННЫЙ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ 2004
  • Туитчен Даниел Джеймс
  • Скарсбрук Джеффри Алан
  • Мартиноу Филип Морис
  • Спир Пол Мартин
RU2382122C2
Защитное устройство на основе дифракционных структур нулевого порядка 2022
  • Абрамович Георгий Леонидович
  • Акименко Андрей Петрович
  • Раздобарин Александр Викторович
  • Смирнов Леонид Игоревич
RU2801793C1
ПОДЛОЖКА ДЛЯ БИОЧИПА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2009
  • Сидоров Александр Иванович
  • Никоноров Николай Валентинович
  • Цехомский Виктор Алексеевич
  • Игнатьев Александр Иванович
  • Подсвиров Олег Алексеевич
  • Нащекин Алексей Викторович
  • Усов Олег Алексеевич
RU2411180C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 721 095 C1

Реферат патента 2020 года Неорганический фотохромный материал с пространственно-селективным эффектом памяти

Изобретение относится к области неорганических материалов для твердотельных индикаторов ультрафиолетового излучения. Неорганический фотохромный материал с пространственным эффектом памяти содержит Сu - 0,012-0,015 мас.%, Gd - 0,0004-0,0006 мас.% и ZnS – остальное. Техническим результатом является создание материала с выраженными пространственно-селективными фотохромными свойствами при облучении длинноволновым ультрафиолетовым излучением и эффектом памяти изменения цвета ≥ 30 сек. 1 табл., 2 ил.

Формула изобретения RU 2 721 095 C1

Неорганический фотохромный материал с пространственным эффектом памяти, отличающийся тем, что содержит Сu - 0,012-0,015 мас.%, Gd - 0,0004-0,0006 мас.% и ZnS - остальное.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2721095C1

US 7101497 B2, 05.09.2006
EGRANOV A.V., SIZOVA T.YU., SHENDRIK R.YU., SMIRNOVA N.A
"INSTABILITY OF SOME DIVALENT RARE EARTH IONS AND PHOTOCHROMIC EFFECT", JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS, Vol
Пожарный двухцилиндровый насос 0
  • Александров И.Я.
SU90A1
JP 2004149501 А, 27.05.2004
SU 4936082 С, 13.02.1991.

RU 2 721 095 C1

Авторы

Колесников Николай Николаевич

Орлов Валерий Иванович

Даты

2020-05-15Публикация

2019-11-06Подача