Способ получения люминофора, излучающего в красной области спектра Российский патент 2024 года по МПК C09K11/55 C09K11/64 C09K11/68 

Изобретение относится к области получения люминофора на основе алюмината магния, активированного ионами хрома (III), излучающего красной области спектра. Данный люминофор может быть использован при производстве люминесцентных материалов для источников и преобразователей света. (В литературе имеются сведения о применении алюмомагниевой шпинели, допированной ионами хрома, в качестве фотокатализатора и люминофора красного цвета свечения, для визуализации in-vivo и волоконно-оптической термометрии).

Известны способы получения MgAl₂O₄:Cr³⁺ методами твердофазного спекания (S.P. Feofilov a, A.B. Kulinkin, N.M. Khaidukov «Inversion in synthetic spinel: Fluorescence of Cr³⁺ ions in MgAl₂O₄ spinel ceramics» // Journal of Luminescence. - 2020. - V. 217. P.116824) и соосаждения (N.T.K. Chi, N.V. Quang, N.T. Tuan, N.D.T. Kien, D.Q. Trung, P.T. Huy, Phuong Dinh Tam, and D.H. Nguyen « Deep Red Emitting MgAl₂O₄:Cr³⁺ Phosphor for Solid State Lighting» Journal of Electronic Materials. - 2019. - V. 48. P. 5891-5899).

Недостатками данных методов являются сложность применяемого оборудования, многостадийность процессов, дороговизна исходных компонентов, а также необходимость поддержания высокой температуры синтеза в течение длительного времени.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения люминофора, излучающего в красной области спектра, методом «горения растворов». Метод горения основан на проведении экзотермической реакции между нитратами металлов и органическим горючим (мочевина). Способ включает в себя приготовление раствора нитратов магния, алюминия и хрома с горючим. Затем полученную массу помещают в разогретую до 500°С печь и инициируется процесс горения с повешением температуры до 1200-1300°С. Полученный продукт дополнительно отжигался при температуре 1300°С в течении 2 ч (Janez Križan, Janez Možina, Ivan Bajsič and Matjaž Mazaj «Synthesis and Fluorescent Properties of Chromium-Doped Aluminate Nanopowders» // J. Acta Chimica Slovenica. - 2012. - V. 59. P. 163-168).

Недостатками известного способа являются длительное время процесса синтеза, необходимость использования растворов, энергозатратность (необходимо предварительное нагревание до 500°С и последующий отжиг при 1300°С) и многостадийность процесса получения готового продукта.

Технический результат заключается в упрощении процесса синтеза люминофора на основе алюмината магния, активированного ионами хрома (III), в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, за счет использования простого оборудования, порошковых компонентов.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения люминофора, излучающего в красной области спектра, общей формулой MgAl₂O₄:Cr³⁺ включает получение реакционной смеси путем предварительного механического перемешивания в шаровой мельнице в течение 60 мин порошков оксида магния, оксида хрома (III), оксида алюминия, металлического алюминия, перхлората натрия взятых в стехиометрических соотношениях. И проведении процесса экзотермического взаимодействия компонентов, в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в реакторе открытого типа в воздушной атмосфере.

В табл. 1 приведены составы для получения люминофора излучающего в красной области спектра, общей формулой MgAl₂O₄:Cr³⁺; на графике изображен спектр излучения (λ_ex = 570 нм ) образца люминофора.

Способ получения люминофора, общей формулой MgAl₂O₄:Cr³⁺ включает перемешивание реакционной смеси из порошков компонентов взятых в стехиометрических соотношениях оксида магния, оксида хрома (III), оксида алюминия, металлического алюминия, перхлората натрия в шаровой мельнице в течение 60 минут с дальнейшим экзотермическим взаимодействием в реакционной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Процесс взаимодействия компонентов в полученной реакционной смеси осуществляют в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в реакторе открытого типа при атмосферном давлении на воздухе.

Пример 1. Способ получения люминофора на основе алюмината магния, активированного ионами хрома (III), общей формулой MgAl₂O₄:Cr³⁺.

Готовят стехиометрическую реакционную смесь (состав 22 табл. 1), для получения люминофора.

Для приготовления смеси в количестве 10 г используют следующие порошки: Оксид магния (MgO) - 2,51 г (25,10 мас. %); Оксид хрома (III) (Cr₂O₃) - 0,05 г (0,50 мас. %); Оксид алюминия (Al₂O₃) - 3,62 г (36,20 мас. %); Алюминий (Al) - 1,41 г (14,10 мас. %); Перхлорат натрия (NaClO₄) - 2,41 г (21,10 мас. %).

Полученную, при механическом перемешивании порошков в шаровой мельнице в течение 60 мин, гомогенизированную реакционную смесь помещают в кварцевую лодочку и инициируют процесс горения на воздухе с помощью волны горения вспомогательного состава. Далее процесс протекает в режиме СВС. По завершению прохождения в объеме смеси устойчивого фронта волны горения образуется спеченный продукт розового цвета. Полученный продукт охлаждают на воздухе. Далее спек размалывают до необходимого размера частиц. Выход люминофора составляет более 60 %. Рентгенофазовый анализ полученного продукта показал наличие только одной фазы, соответствующей структурному типу MgAl₂O₄.

Исследование спектральных характеристик всех образцов люминофоров подтверждает их принадлежность к люминофорам излучающих в красной области спектра. Для образца люминофора максимум длины волны излучения составляют 689 нм, при длине волны возбуждения 570 нм.

По сравнению с известным решением предлагаемый способ позволяет упростить процесс синтеза люминофора, общей формулой MgAl₂O₄:Cr³⁺, в режиме СВС, за счет использования простого оборудования и отсутствия подвода внешнего тепла для проведения реакции.

Таблица 1 № Количество компонентов, масс. % MgO Cr₂O₃ Al Al₂O₃ NaClO₄ 1 25,80 0,20 11,10 43,90 19,00 2 25,80 0,50 11,10 43,80 18,80 3 25,90 0,70 11,00 43,70 18,70 4 25,90 1,00 10,90 43,60 18,60 5 25,90 1,20 10,90 43,50 18,50 6 25,70 0,20 11,90 41,90 20,30 7 25,60 0,50 11,80 41,90 20,20 8 25,70 0,70 11,80 41,80 20,00 9 25,70 1,00 11,70 41,70 19,90 10 25,80 1,20 11,60 41,60 19,80 11 25,40 0,20 12,70 40,10 21,60 12 25,50 0,50 12,50 40,00 21,50 13 25,50 0,70 12,60 39,80 21,40 14 25,50 1,00 12,50 39,70 21,30 15 25,60 1,20 12,40 39,70 21,10 16 25,30 0,20 13,40 38,20 22,90 17 25,30 0,50 13,30 38,10 22,80 18 25,30 0,70 13,30 38,00 22,70 19 25,40 1,00 13,10 37,90 22,60 20 25,40 1,20 13,20 37,80 22,40 21 25,10 0,20 14,20 36,30 24,20 22 25,10 0,50 14,10 36,20 24,10 23 25,20 0,70 14,10 36,10 23,90 24 25,20 1,00 14,00 36,00 23,80 25 25,20 1,20 13,90 35,90 23,80 26 24,90 0,20 14,90 34,50 25,50 27 24,90 0,50 14,90 34,40 25,30 28 25,00 0,70 14,80 34,30 25,20 29 25,00 1,00 14,70 34,20 25,10 30 25,10 1,20 14,70 34,10 24,90 31 24,70 0,20 15,70 32,70 26,70 32 24,80 0,50 15,60 32,60 26,50 33 24,80 0,70 15,50 32,50 26,50 34 24,90 1,00 15,40 32,40 26,30 35 24,90 1,20 15,40 32,30 26,20 36 24,60 0,20 16,40 30,90 27,90 37 24,60 0,50 16,30 30,80 27,80 38 24,70 0,70 16,30 30,70 27,60 39 24,70 1,00 16,20 30,60 27,50 40 24,80 1,20 16,10 30,50 27,40 41 24,40 0,20 17,10 29,20 29,10 42 24,50 0,50 17,00 29,10 28,90 43 24,50 0,70 17,00 29,00 28,80 44 24,50 1,00 16,90 28,80 28,80 45 24,60 1,20 16,80 28,70 28,70 46 24,30 0,20 17,80 27,50 30,20 47 24,30 0,50 17,70 27,30 30,20 48 24,30 0,70 17,70 27,20 30,10 49 24,30 1,00 17,60 27,10 30,00 50 24,40 1,20 17,50 27,00 29,90

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении источников и преобразователей света. Готовят реакционную смесь путём механического перемешивания в шаровой мельнице в течение 60 мин порошков оксида магния, оксида хрома (III), оксида алюминия, алюминия, перхлората натрия, взятых в стехиометрических соотношениях, для получения люминофора общей формулой MgAl₂O₄:Сr³⁺. Затем проводят процесс экзотермического взаимодействия компонентов полученной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в реакторе открытого типа при атмосферном давлении на воздухе. Полученный люминофор имеет указанную химическую формулу и излучает в красной области спектра. Изобретение позволяет упростить процесс синтеза за счет использования простого оборудования и порошковых компонентов. 1 табл., 1 ил., 1 пр.

Способ получения люминофора, излучающего в красной области спектра, общей формулой MgAl₂O₄:Сr³⁺, включающий приготовление реакционной смеси путем предварительного механического перемешивания в шаровой мельнице в течение 60 мин порошков оксида магния, оксида хрома (III), оксида алюминия, алюминия, перхлората натрия, взятых в стехиометрических соотношениях, с последующим проведением процесса экзотермического взаимодействия ее компонентов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в реакторе открытого типа при атмосферном давлении на воздухе.