Реакционная смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения

Изобретение относится к получению алюминатных люминофоров, активированных ионами редкоземельных металлов, и может быть использовано при производстве материалов для источников и преобразователей света. Реакционная смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения включает следующие компоненты, мас.%: пероксид стронция 7,53-11,17; оксид кальция 1,76-3,51; оксид европия (III) 2,35-2,36; оксид магния 5,56-5,64; оксид алюминия 42,95-43,41; металлический алюминий 14,54-14,68; перхлорат натрия 21,67-22,87. Изобретение позволяет улучшить светотехнические параметры, а именно интенсивность свечения люминофора синего свечения, а также упростить его получение в режиме СВС. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области получения сложных оксидных материалов, в частности к получению алюминатных люминофоров различного химического состава, активированных ионами редкоземельных металлов (РЗМ), и может быть использовано при производстве материалов для источников и преобразователей света.

Известен способ получения сложного алюмината бария-магния, активированного ионами европия, основанный на осуществлении реакции горения порошковой смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в проточном реакторе с использованием в качестве горючего металлического магния и/или алюминия, а в качестве окислителей - пероксида бария и атмосферного кислорода. Кроме того, в реакционную смесь вводились в качестве разбавителей оксиды соответствующих металлов (Al₂O₃ и MgO), а в качестве плавня - фторид алюминия (AlF₃) в количестве 2,5 мас. %. Активатор - европий вводили в систему в виде оксида европия (III) (Казарбина Т.В., Мишенина Л.Н., Некрасов Е.А. Макрокинетика фазообразования алюминатных люминофоров в режиме горения. - Журнал прикладной химии, 1997, т. 70, №3, с. 381- 385).

К недостаткам указанного способа относится необходимость использования специальной аппаратуры (проточного реактора), обеспечения тока кислорода в процессе синтеза, а также введение в систему дополнительно в виде сверхстехиометрической добавки плавня - фторида алюминия (AlF₃). Все эти факторы приводят к существенному усложнению и удорожанию процесса.

Известен способ получения люминофоров - сложных алюминатов, активированных ионами европия методом СВС, путем взаимодействия компонентов шихты, взятых в следующих соотношениях (RU 2455336, МПК С09К 11/78, С09К 11/80, опубл. 10.07.2012):

пероксид щелочноземельного
металла (пероксид стронция)	11,67-67,07
оксид алюминия	20,59-63,63
оксид магния	0,00-9,55
металлический алюминий	10,90-17,75
оксид редкоземельного металла
(оксид европия (III))	1,36-2,98
добавка сверхстехиометрического
количества перхлората натрия	15,55-23,07

К недостаткам известного способа относится присутствие в процессе СВС фазы MgAl₂O₄, что свидетельствует о существовании определенных дефектов в кристаллической структуре образующегося целевого алюмината Me_0,9Eu_0,1MgAl₁₀O₁₇. Доказательством может служить рентгенофазовый анализ люминофора, полученный данным способом со структурой Sr_0,9Eu_0,1MgAl₁₀O₁₇, который показал наличие следующих фаз:

1) Sr_0,9Eu_0,1MgAl₁₀O₁₇

2) MgAl₂O₄

3) Al₂O₃

4) низкомолекулярные продукты синтеза

Технический результат заключается в улучшении светотехнических параметров, а именно интенсивности свечения алюминатного люминофора, а также в удешевлении его получения в режиме СВС.

Сущность изобретения заключается в том, что реакционная смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения включает пероксид стронция, оксид алюминия, оксид магния, металлический алюминий, оксид европия (III) и добавку перхлорат натрия. Дополнительно реакционная смесь содержит оксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

пероксид стронция	7,53-11,17
оксид кальция	1,76-3,51
оксид европия (III)	2,35-2,36
оксид магния	5,56-5,64
оксид алюминия	42,95-43,41
металлический алюминий	14,54-14,68
перхлорат натрия	21,67-22,87

Введение в состав реакционной смеси для получения узкополосного люминофора оксида кальция, который в процессе синтеза встраивается в решетку кристаллофора, в вакантные кристаллографические позиции Mg, способствует созданию более совершенного кристалла, все атомы которого совершают колебания вокруг средних положений, совпадающих с узлами решетки, все межатомные силы локально уравновешены, свободная энергия Гиббса минимальна.

Способ осуществляют следующим образом. Процесс осуществляют путем взаимодействия компонентов реакционной смеси, которую получают перемешиванием в течение 20 минут порошка пероксида стронция, оксида кальция, оксида европия (III), оксида магния, оксида алюминия, металлического алюминия и добавки перхлората натрия, для кислородного баланса реакции. Компоненты реакционной смеси брались в соответствии с табл. 1 (составы 1-3). Полученную гомогенизированную смесь помещают в кварцевый реактор. Процесс СВС инициировали горением затравки вспомогательного состава (смесь BaO₂-Al в соотношении 3:1, соответственно). После прохождения в объеме реакционной смеси устойчивого фронта волны горения образовывался спеченный пористый продукт светлого цвета. Полученный продукт естественным образом охлаждали на воздухе. Общее время синтеза с остыванием составляет ~10 мин. Полученный спек размалывали до состояния мелкодисперсного 4

порошка и обрабатывался 5%-ным раствором HCl, затем продукт выделяют декантацией, промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод и высушивают при 80°C. Выход люминофора составил более 60%. У образцов с содержанием оксида кальция не более 3,51 мас. % интенсивность свечения синтезированного сложного алюмината по сравнению с прототипом увеличилась на 10%, тогда как дальнейшее увеличение содержания оксида кальция вело к ухудшению данной светотехнической характеристики (табл. 1, состав 3).

Пример 1. Готовили стехиометрическую смесь, рассчитанную на получение стронций- магниевого алюмината, активированного ионами европия, общей формулы Для приготовления смеси в количестве 20 г использовали следующие порошки: пероксид стронция (SrO₂) - 1,95 г; оксид кальция (СаО) - 0,91 г; оксид магния (MgO) - 1,457 г; оксид алюминия (Al₂O₃) - 11,24 г; алюминия - 3,8 г и оксида европия (Eu₂O₃) - 0,61 г. В качестве добавки для кислородного баланса процесса в реакционную систему вводили порошок твердого окислителя - перхлората натрия (NaClO₄) - 5,92 г.

Осуществляли механическое перемешивание порошков в планетарной мельнице, что обеспечивало предварительную механическую активацию и гомогенизацию исходных компонентов в течение 20 минут. Полученную гомогенизированную смесь помещали в кварцевый реактор. Процесс СВС инициировали горением затравки вспомогательного состава (смесь BaO₂-Al в соотношении 3:1, соответственно). После прохождения в объеме реакционной смеси устойчивого фронта волны горения образовывался спеченный пористый продукт светлого цвета. Полученный продукт естественным образом охлаждали на воздухе. Общее время синтеза с остыванием составляет ~10 мин. Полученный спек размалывали до состояния мелкодисперсного порошка и обрабатывался 5%-ным раствором НС1, затем продукт выделяли декантацией, промывали дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод и высушивали при 80°C. Выход люминофора составил более 60%. Интенсивность свечения по сравнению с прототипом увеличилась на 10%.

По сравнению с известным решением предлагаемая смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения позволяет улучшить светотехнические параметры, а именно увеличить интенсивность свечения и удешевить конечный продукт синтеза сложных оксидов в режиме СВС за счет частичной замены дорогостоящего пероксида щелочноземельного металла на оксид кальция и уменьшения длительности подготовки шихты. Увеличение интенсивности свечения дает возможность сохранения светотехнических показателей люминисцентных приборов и ламп с уменьшением потребляемой мощностью.

Таблица 1
Люминофор	1	2	3	4 (прототип)
Состав	пероксид стронция, мас.%	11,17	7,53	3,8	14,75
	оксид кальция, мас.%	1,76	3,51	5,36	-
	оксид европия (111), мас.%	2,35	2,36	2,39	2,38
	оксид магния, мас.%	5,56	5,64	5,7	5,51
	оксид алюминия, мас.%	42,95	43,41	43,84	42,49
	алюминий металлический, мас.%	14,54	14,68	14,86	14,38
перхлорат натрия, мас.%	21,67	22,87	24,05	20,49
Длина волны излучения, нм	460±5	460±5	460±5	460±5
Яркость свечения относительно прототипа, %	1110,63	110,63	71,27	100

Реакционная смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения, включающая пероксид стронция, оксид алюминия, оксид магния, металлический алюминий, оксид европия (III) и добавку - перхлорат натрия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит оксид кальция, при следующем соотношении их компонентов, мас.%:

пероксид стронция	7,53-11,17
оксид кальция	1,76-3,51
оксид европия (III)	2,35-2,36
оксид магния	5,56-5,64
оксид алюминия	42,95-43,41
металлический алюминий	14,54-14,68
перхлорат натрия	21,67-22,87.