Способ получения люминесцентного материала Российский патент 2024 года по МПК C09K11/55 C09K11/78 C09K11/80 

Изобретение относится к электронной промышленности, в частности к производству люминофоров и может быть использовано в производстве полупроводниковых светоизлучающих устройств, лакокрасочных люминесцирующих покрытий для работы в условиях Крайнего севера и Арктики.

Известен способ получения люминофора зеленого свечения (патент RU № 2691366 от 06.07.2018), включающий изготовление реакционной смеси механическим перемешиванием в планетарной мельнице в течение 20 мин порошков пероксидов или оксидов щелочноземельных металлов, оксида европия (III), оксида магния, оксида марганца (II), оксида алюминия, алюминия, перхлората натрия. Затем проводят процесс экзотермического взаимодействия компонентов полученной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в реакторе открытого типа при атмосферном давлении на воздухе в течение 5 мин. Получают люминофор зеленого свечения общей формулой Me(Mg1-xMnx)Al10O17:Eu2+, где Me представляет собой Ba, Sr или Ca, а 0,1≤х≤0,5.

К недостаткам известного способа следует отнести длительный процесс изготовления реакционной смеси, так как для перемешивания реактивов используется планетарная мельница, а также использование перхлората натрия, который загрязняет синтезируемый продукт натрием, а также является опасным для окружающей среды веществом.

Наиболее близким по технической сути (прототип) является способ получения люминофора SrAl₂O₄: Eu⁺², Dy⁺³ методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [1], представленный следующим уравнением:

Недостатками известного технического решения являются, многостадийность технологии, а так же необходимость выдерживать соотношение Al/Al₂O₃ в одном интервале и необходимость поддержания высокой температуры синтеза в течение длительного времени. Кроме того, для синтеза используется перхлорат натрия, который загрязняет синтезируемый продукт натрием, а также является опасным для окружающей среды веществом.

Задачей изобретения является разработка нового простого и менее энергозатратного способа получения люминесцентного материала, позволяющего снизить время на получение целевого продукта.

Техническая проблема решается следующим образом.

Способ получения люминесцентного материала, включающий подготовку сырьевых материалов, перемешивание в сухом виде реакционной смеси, содержащей порошки оксида стронция, оксида редкоземельного металла и алюминия, взаимодействие компонентов смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и охлаждение полученного продукта. В качестве порошка алюминия используют электровзрывной нанопорошок алюминия. Порошки оксида стронция и электровзрывного нанопорошка алюминия используют в массовом соотношении 1:4, перемешивание проводят до достижения однородного цвета смеси, после чего засыпают приготовленную смесь в керамический тигель, а охлаждение полученного продукта до комнатной температуры ведут в условиях свободного доступа атмосферного воздуха.

Приготовленная смесь засыпается в керамический тигель для получения матрицы-носителя в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Горение смеси инициируется любым возможным способом (газовая горелка, нагретая вольфрамовая спираль, прокаливание в печи до воспламенения, лазерное излучение и т.п.). После протекания синтеза в режиме СВС полученный продукт охлаждают до комнатной температуры в условиях свободного доступа атмосферного воздуха. Полученный продукт представляет собой сыпучий порошок алюмината стронция, фазовый состав которого определён методом рентгенофазового анализа. Согласно результатам рентгенофазового анализа получена хорошо окристаллизованная матрица-носитель люминофора, на основе которой изготавливается люминесцентный материал, которая сама не обладает люминесцентными свойствами.

Пример реализации:

Для приготовления реакционной смеси используют 1 грамм оксида стронция, 4 грамма нанопорошка алюминия, а также 0,15 грамма активатора люминесценции - оксида лантаноида, например, оксида лантана. Оксид стронция представляет собой достаточно крупный порошок, поэтому для увеличения полноты протекания реакции перед смешиванием с порошками компонентами, его растирают в ступке. Затем порошки перемешивают в течение 5 минут в сухом виде до достижения однородного цвета смеси. Готовую смесь засыпают в тигель и помещают в вытяжку и поджигают с помощью спички. Температура пламени составляет не менее 800°С. Время реакции составляет 30 секунд, после протекания реакции формируется твердый продукт: люминесцентный материал. После протекания синтеза в режиме СВС полученный продукт охлаждают до комнатной температуры в условиях свободного доступа атмосферного воздуха.

После полного остывания полученный люминесцентный материал пропускают через сито для получения более мелкого порошка, порядка 10 мкм. Далее проводят анализ синтезированного материала методом рентгенофазового анализа. Измерение спектров люминесценции производили на ультрафиолетовом спектрометре USB-2000, предназначенном для проведения различных аналитических исследований (спектры поглощения, пропускания, отражения и спектров люминесценции), измерения качественного и количественного анализа веществ в любом агрегатном состоянии и характеристик источников излучения (лазеров, ламп и т.д.). Спектральный диапазон ультрафиолетового-спектрометра USB-2000 от 200 до 1100 нм. Полученные результаты измерений спектров люминесценции, подтверждающие достигнутый технический результат, представлены на рисунке 1.

Рентгенограмма представленная на рисунке 2 соответствует основному веществу люминофора, полученная данным методом матрица соответствует химическому составу Sr₃Al₂O₆.

На рисунке 3 представлен спектр фотолюминесценции люминесцентного материала: матрицы-носителя алюмината стронция с примесью лантана.

Таким образом, предложенный способ получения люминесцентного материала является более простым, менее энергозатратным и позволяет снизить время на получение целевого продукта.

Источники информации:

1. Томилин О.Б., Мурюмин Е.Е., Фадин М.В., Щипакин С.Ю. «Получение люминофора SRAl₂O₄: EU⁺², DY⁺³ методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза», Естественные и математические науки в современном мире, 2016, № 1(36), с 113-114.

Изобретение относится к электронной промышленности и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых светоизлучающих устройств, а также лакокрасочных люминесцирующих покрытий, предназначенных для работы в условиях Крайнего Севера и Арктики. Сначала подготавливают сырьевые материалы, из которых перемешиванием в сухом виде готовят реакционную смесь, содержащую порошки оксида стронция, оксида редкоземельного металла и электровзрывной нанопорошок алюминия. Порошки оксида стронция и электровзрывного нанопорошка алюминия используют в массовом соотношении 1:4. Перемешивание проводят до достижения однородного цвета смеси. Приготовленную смесь засыпают в керамический тигель и осуществляют взаимодействие её компонентов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры в условиях свободного доступа атмосферного воздуха. Изобретение позволяет упростить способ получения люминесцентного материала, снизить энергозатраты и уменьшить время синтеза. 3 ил.

Способ получения люминесцентного материала, включающий подготовку сырьевых материалов, перемешивание в сухом виде реакционной смеси, содержащей порошки оксида стронция, оксида редкоземельного металла и алюминия, взаимодействие компонентов смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и охлаждение полученного продукта, отличающийся тем, что в качестве порошка алюминия используют электровзрывной нанопорошок алюминия, порошки оксида стронция и электровзрывного нанопорошка алюминия используют в массовом соотношении 1:4, перемешивание проводят до достижения однородного цвета смеси, после чего засыпают приготовленную смесь в керамический тигель, а охлаждение полученного продукта до комнатной температуры ведут в условиях свободного доступа атмосферного воздуха.