Сложный силикат редкоземельных элементов в наноаморфном состоянии

Изобретение может быть использовано в биомедицине для визуализации кровеносных сосудов, в электронике для ап-конверсионных преобразователей в ячейках кремниевых солнечных батарей. Сложный силикат редкоземельных элементов в наноаморфном состоянии имеет состав Sr2Y(8-x-y)YbxErySi6O26, где 0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2, и является ап-конверсионным люминофором красного свечения с высокой степенью излучения, в котором снижена интенсивность зелёного излучения. 3 пр.

 

Изобретение относится к ап-конверсионным люминофорам красного свечения, возбуждаемых ИК-излучением, для применения в биомедицине для визуализации кровеносных сосудов, для ап-конверсионных преобразователей в ячейках кремниевых солнечных батарей.

Известен ап-конверсионный люминофор состава ErxYb0.2-xY1.8CaGe4O12, где x=0.05-0.15, состоящий из микрочастиц, излучающий в зеленой (525-575 нм) и красной (625-675 нм) областях спектра при возбуждении ИК-лазером с длиной волны 980 нм (I.I. Leonidov, V.G. Zubkov, A.P. Tyutyunnik, N.V. Tarakina, L.L. Surat, O.V. Koryakova, E.G. Vovkotrub "Upconversion luminescence in Er3+/Yb3+ codoped Y2CaGe4O12", Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) p. 1339-1346).

Недостатком известного люминофора является невысокая интенсивность красного свечения и наличие интенсивной зеленой компоненты. Наибольшая интенсивность красной компоненты равна 1000 отн. ед., а зеленой - 700 отн. ед. Отношение интенсивности красного излучения к интенсивности зеленого излучения составляет 70%.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать ап-конверсионный люминофор красного цвета свечения с более высокой интенсивностью излучения, снизив при этом интенсивность зеленого излучения.

Поставленная задача решена в предлагаемом сложном силикате редкоземельных элементов состава Sr2Y(8-x-y)YbxErySi6O, где 0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2 в наноаморфном состоянии в качестве ап-конверсионного люминофора красного свечения.

В настоящее время в патентной и научно-технической литературе не описан люминофор предлагаемого состава в наноаморфном состоянии.

Спектр люминесценции предлагаемого люминофора состава Sr2Y(8-x-y)YbxErySi6O26 (0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2) состоит из красного излучения (640-700 нм) с интенсивностью 2200000-2400000 отн. ед. и зеленой компоненты (515-565 нм) с интенсивностью 190000-200000 отн. ед. При этом отношение интенсивности красной компоненты к интенсивности зеленой компоненты составляет 1160-1200%. Таким образом, отношение интенсивности красного свечения к зеленому для известного люминофора значительно увеличивается по сравнению с известным люминофором.

Резкое увеличение интенсивности красной компоненты и перераспределение интенсивностей красного и зеленого свечения ионов Er3+ обусловлено, по-видимому, безызлучательным переносом энергии возбуждения с уровня 4F7/2 (возбуждаемого лазерным излучением 980 нм) на уровень 4F9/2. Это приводит к возрастанию населенности данного уровня и, как следствие, к увеличению интенсивности красного свечения (переход 4F9/24I15/2).

Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что новое соединение состава Sr2Y(8-x-y)YbxErySi6O26 (0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2) в виде наноаморфных частиц, обладающее свойством, которое позволяет использовать его в качестве ап-конверсионного люминофора в красной области свечения, может быть получено только при условии соблюдения значений 0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2. При несоблюдении этих значений (x, y) наблюдается снижение отношения интенсивности красного свечения к зеленому для целевого продукта (в 2 и более раз).

Люминофор в наноаморфном состоянии может быть получен следующим способом. Вначале берут силикаты Sr2Y8Si6O26, Sr2Yb8Si6O26 и Sr2Er8Si6O26 в количестве (молей): x[Sr2Yb8Si6O26] 0,05≤x≤1, y[Sr2Er8Si6O26] 0,01≤y≤0,2 и (8-x-y)[Sr2Y8Si6O26], тщательно перетирают указанные ингредиенты в присутствии этилового спирта, обжигают на воздухе при температуре 1300-1400°C в течение 15-35 ч с измельчением смеси через каждые 5 часов обжига с одновременным повышением температуры на 25-50°C в интервале от 1300 до 1400°C.

Полученный продукт прессуют в таблетку диаметром 10-20 мм, высотой 2-5 мм при комнатной температуре и давлении 600-650 МПа. Затем таблетку отжигают при температуре 1300-1350°C в течение 15-20 часов. Полученную таблетку в качестве мишени помещают в установку для получения нанопорошков посредством испарения мишени импульсным электронным пучком в газе низкого давления (патент RU 2353573). Целевой продукт в наноаморфном состоянии получают путем испарения таблетки на титановую фольгу в вакууме (остаточное давление 4-4,5 Па) электронным пучком. Время испарения составляет 30-40 минут. Условия проведения процесса: ускоряющее напряжение в установке 35-40 кВ, длительность импульса 50-100 мкс, частота подачи импульсов 50-200 Гц, ток пучка 0,2-0,6 А. Контроль наносостояния проводят с помощью электронной микроскопии и электронографии. Средний размер частиц вычисляют методом BET. Состав целевого продукта проверяют химанализом. Люминесценцию возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектры люминесценции получают на спектрометре и регистрируют с помощью фотоэлектронного умножителя.

Получение и применения нового соединения иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 г силиката Sr2Y8Si6O26, 0,09179 г Sr2Yb8Si6O26 и 0,001796 г Sr2Er8Si6O26, тщательно перетирают указанные ингредиенты, обжигают на воздухе при температуре 1300-1400°C в течение 35 часов поэтапно с измельчением смеси после каждого этапа: нагревают до 1300°C и выдерживают в течение 15 часов; затем продукт охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1325°C и выдерживают в течение 5 часов, затем вновь продукт охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1350°C и выдерживают в течение 5 часов, затем охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1375°C и выдерживают в течение 5 часов, охлаждают и тщательно измельчают, наконец нагревают до 1400°C и выдерживают в течение 5 часов, охлаждают и тщательно измельчают. Полученный продукт прессуют в таблетку диаметром 10 мм, высотой 2 мм при комнатной температуре и давлении 600-650 МПа. Затем отжигают при температуре 1350°C в течение 15 часов. Полученную таблетку в качестве мишени помещают в устройство для получения нанопорошков посредством испарения мишени импульсным электронным пучком в газе низкого давления (патент RU 2353573). Мишень испаряют на титановую фольгу в вакууме (остаточное давление 4-4,5 Па). Условия проведения процесса: ускоряющее напряжение в установке 35 кВ, длительность импульса 90 мкс, частота подачи импульсов 90 Гц, ток пучка 0,3 А. По данным химического анализа состав конечного продукта соответствует составу Sr2Y7,94Yb0,05Er0,01Si6O26. Наноаморфное состояние подтверждено данными электронной микроскопии и электронографии. По данным BET средний размер частиц 2,7 нм. Люминесценцию возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектр люминесценции состоит из красного излучения (640-700 нм) с интенсивностью 2200000 отн. ед. и зеленого излучения (515-565 нм) с интенсивностью 200000 отн. ед. При этом отношение интенсивности красного излучения к интенсивности зеленого составляет 1100%.

Пример 2. Берут 1 г силиката Sr2Y8Si6O26, 0,2143 г Sr2Yb8Si6O26 и 0,02877 г Sr2Er8Si6O26 тщательно перетирают указанные ингредиенты, обжигают на воздухе при температуре 1300-1400°C в течение 25 ч поэтапно с измельчением смеси после каждого этапа: нагревают до 1300°C и выдерживают в течение 15 часов; затем продукт охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1350°C и выдерживают в течение 5 часов, затем вновь продукт охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1400°C и выдерживают в течение 5 часов, затем охлаждают и тщательно измельчают. Полученный продукт прессуют в таблетку диаметром 15 мм, высотой 2,5 мм при комнатной температуре и давлении 600-650 МПа. Затем отжигают при температуре 1350°C в течение 17 часов. Полученную таблетку в качестве мишени помещают в устройство для получения нанопорошков посредством испарения мишени импульсным электронным пучком в газе низкого давления (патент RU 2353573). Мишень испаряют на титановую фольгу в вакууме (остаточное давление 4-4,5 Па). Условия проведения процесса: ускоряющее напряжение в установке 40 кВ, длительность импульса 50 мкс, частота подачи импульсов 200 Гц, ток пучка 0.5 А. По данным химического анализа состав конечного продукта соответствует составу Sr2Y6,8YbEr0,2Si6O26. Наноаморфное состояние подтверждено данными электронной микроскопии и электронографии. По данным BET средний размер частиц 2,6 нм. Люминесценцию возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектр люминесценции состоит из красного излучения (640-700 нм) с интенсивностью 2400000 отн. ед. и зеленого излучения (515-565 нм) с интенсивностью 200000 отн. ед. При этом отношение интенсивности красного излучения к интенсивности зеленого составляет 1200%.

Пример 3. Берут 1 г силиката Sr2Y8Si6O26, 0,0984 г Sr2Yb8Si6O26 и 0,0192 г Sr2Er8Si6O26, тщательно перетирают указанные ингредиенты, обжигают на воздухе при температуре 1300-1400°C в течение 30 часов поэтапно с измельчением смеси после каждого этапа: нагревают до 1300°C и выдерживают в течение 20 часов; затем продукт охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1350°C и выдерживают в течение 5 часов, затем вновь продукт охлаждают и тщательно измельчают; нагревают до 1400°C и выдерживают в течение 5 часов, затем охлаждают и тщательно измельчают. Полученный продукт прессуют в таблетку диаметром 20 мм, высотой 5 мм при комнатной температуре и давлении 600-650 МПа. Затем отжигают при температуре 1350°C в течение 20 часов. Полученную таблетку в качестве мишени помещают в устройство для получения нанопорошков посредством испарения мишени импульсным электронным пучком в газе низкого давления (патент RU 2353573). Мишень испаряют на титановую фольгу в вакууме (остаточное давление 4-4,5 Па). Условия проведения процесса: ускоряющее напряжение в установке 37 кВ, длительность импульса - 60 мкс, частота подачи импульсов 150 Гц, ток пучка 0,4 А. По данным химического анализа состав конечного продукта соответствует составу Sr2Y7,4Yb0,5Er0,1Si6O26. Наноаморфное состояние подтверждено данными электронной микроскопии и электронографии. По данным BET средний размер частиц 3,0 нм. Люминесценцию возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектр люминесценции состоит из красного излучения (640-700 нм) с интенсивностью 2300000 отн. ед. и зеленого излучения (515-565 нм) с интенсивностью 195000 отн. ед. При этом отношение интенсивности красного излучения к интенсивности зеленого составляет 1179%.

Таким образом, авторами предлагается новое химическое соединение состава Sr2Y(8-x-y)YbxErySi6O26, где 0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2 в наноаморфном состоянии в качестве ап-конверсионного люминофора красного свечения, характеризующегося высокой степенью излучения.

Сложный силикат редкоземельных элементов состава Sr2Y(8-x-y)YbxErySi6O26, где 0,05≤х≤1; 0,01≤y≤0,2 в наноаморфном состоянии в качестве ап-конверсионного люминофора красного свечения.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов, испускающих ультрафиолетовое излучение. Люминесцентный материал имеет химическую формулу (Y1-xLux)9LiSi6O26:Ln, где Ln - трехвалентный редкоземельный металл, выбранный из Pr, Nd или их смеси; 0,0≤x≤1,0.
Изобретение может быть использовано для визуализации света ультрафиолетового диапазона в системах светодиодов белого света (WLED) и оптических дисплеях. Люминофор синего свечения представляет собой силикат редкоземельных элементов в наноаморфном состоянии состава Ca2Gd8(1-x)Eu8xSi6O26, где 0,001≤х≤0,5, характеризующийся широкой полосой синего излучения с максимумом при 455 нм, полушириной 77 нм, интенсивностью 14000-14263 отн.

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано при изготовлении светодиодов и систем преобразования света. Нитридный люминофор с красным свечением, возбуждаемый излучением в диапазоне длин волн 200-570 нм, имеет общую формулу Lis(M(1-x)Eux)1MgmAlnSipNq, где M=Sr, Ca, Ba, взятые отдельно или их смесь, 0,045≤s≤0,60; 0,005≤х≤0,12; 0≤m≤0,12; 0≤n≤1,0; 1,0≤р≤2,40; 3,015≤q≤4,20; причём для всех композиций 2,0≤р+n≤2,40 и q≠4.

Изобретение относится к защитному признаку для защиты ценных документов, прежде всего для обеспечения их подлинности. Защитный признак включает люминесцентный пигмент, который имеет неорганическую кристаллическую решетку, легированную люминофором, выбранным из редкоземельных ионов эрбия, гольмия, неодима, тулия, иттербия, и который для излучения люминесцентного света выполнен с возможностью оптического возбуждения.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений, в частности нейтронов. Сцинтилляционное стекло получают из композиции SiO2, Li2CO3, MgO, Al2O3, AlF3, CeO2, а для подавления окисления ионов церия в стекло вводят добавку металлического кремния (Si) в количестве 0,001-10 мас.%.
(57) Изобретение относится к составам оптических стекол и может быть использовано в лазерных системах в качестве активных сред ап-конверсионных лазеров с диодной накачкой, преобразующих инфракрасное лазерное излучение в видимую область, а именно в зеленую область спектра.

Изобретения относятся к химической промышленности и светотехнике и могут быть использованы в светодиодах для эмиссии окрашенного или белого света. Люминесцентное вещество с силикатными люминофорами, легированными Eu2+, содержит твердые растворы смешанных фаз оксиортосиликатов щелочноземельных и редкоземельных металлов, представленными, например, формулой (1-х)MII 3SiO5·x SE2SiO5:Eu, где 0<х≤0,2; МII представляет собой ионы двухвалентного металла, содержащие по меньшей мере один ион, выбранный из группы, состоящей из стронция и бария, и SE - редкоземельные металлы из группы, включающей Y, La, Gd.

Изобретение может быть использовано для визуализации ИК-излучения и в устройствах для скрытой записи информации. Фотостимулируемый люминофор сине-зеленого цвета свечения на основе алюмината стронция, активированного ионами Eu2+ и Dy3+ , имеет химический состав, соответствующий следующей эмпирической формуле: (Sr1-x-y-z-cEuxDyyTmzLnc)4Al14O25, где 1·10-3≤x≤5·10-2; 0≤y≤5·10-3; 1·10-5≤z≤2,5·10-2; 1·10-4≤c≤2,5·10-2; Ln - La3+ или Er3+.

Изобретения могут быть использованы в медицинских томографических устройствах, в устройствах для измерения излучения в области физики высоких энергий и разведки природных ресурсов.

Изобретение может быть использовано при производстве люминесцентных материалов для источников и преобразователей света. Шихта для получения алюминатных люминофоров с кристаллической структурой граната, активированных церием, общей формулы Y3-x-yGdxCeyAl5O12, где 0≤x≤2,75 и 0,015≤y≤0,5, содержит смесь порошков оксида иттрия(III), оксида алюминия, оксида церия(III), оксида гадолиния(III), восстановителя - металлического алюминия и перхлората натрия в качестве окислителя при следующих соотношениях компонентов, мас.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении люминофоров. Шихта для получения люминесцентного материала содержит, мас.%: YF3 26,0-29,0; Y2O3 20,0-22,0; V2O5 41,0-43,5; Nd2O3 1,0-1,5; MgWO4 5,5-6,7; SeO3 1,0-1,5; PF5 0,5-0,8.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении люминесцентных покрытий для ламп низкого давления. Сначала смешивают органические экстракты лантана, церия и тербия из азотнокислых растворов в мольном соотношении 0,8:0,15:0,05, соответственно, и в объемном соотношении 7:1:0,8, соответственно.

Изобретение относится к технологии получения соединений, относящихся к группе сложных оксидов со структурой граната, легированных щелочными и щелочноземельными элементами и элементами 3d группы, которые могут быть применены для изготовления различных люминесцентных материалов в оптоэлектронике, в том числе для изготовления светодиодных источников освещения.

Изобретение относится к новым неорганическим кристаллическим сцинтилляционным материалам на основе бромида лантана, легированного церием, и может быть использовано для регистрации ионизирующего излучения – гамма-квантов, рентгеновского излучения, космических излучений, элементарных частиц в фундаментальной физике, технике и медицине.

Изобретение относится к химической промышленности. Шихта для получения люминесцентного материала содержит следующие компоненты, мас.%: YF3 26,0-29,0; Y2O3 26,0-28,5; V2O5 20,0-30,0; Gd2O3 15,0-25,5.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении изделий для регистрации модулированного излучения полиспектрального состава.

Изобретение относится к материалам квантовой электроники и оптики и может быть использовано в устройствах для отображения информации, электронно-лучевых приборах, люминесцентных лампах, в частности, светоизлучающих диодах белого свечения, сцинтилляторах, катодо- и рентгенолюминофорах.

Изобретение может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов, испускающих ультрафиолетовое излучение. Люминесцентный материал имеет химическую формулу (Y1-xLux)9LiSi6O26:Ln, где Ln - трехвалентный редкоземельный металл, выбранный из Pr, Nd или их смеси; 0,0≤x≤1,0.

Изобретение относится к оптическим средам на основе кристаллических галогенидов, а также к способу их получения и может быть использовано в системах оптической связи.

Изобретение может быть использовано в биомедицине для визуализации кровеносных сосудов, в электронике для ап-конверсионных преобразователей в ячейках кремниевых солнечных батарей. Сложный силикат редкоземельных элементов в наноаморфном состоянии имеет состав Sr2YYbxErySi6O26, где 0,05≤x≤1; 0,01≤y≤0,2, и является ап-конверсионным люминофором красного свечения с высокой степенью излучения, в котором снижена интенсивность зелёного излучения. 3 пр.

Наверх