Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия



Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия
Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия
Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия
Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия
C25B1/00 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2655354:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении эффективных люминофоров для элементов нано-оптоэлектроники и источников света в видимом диапазоне. Алюминий анодируют в растворе 0,9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В с поддержанием постоянной температуры 1°С. В качестве анода используют пластинку алюминия технической чистоты, в качестве катода – нержавеющую сталь. Полученный губчатый нанопористый оксид алюминия люминесцирует при дневном освещении, его свечение воспринимается невооруженным глазом. Способ прост и не требует использования материалов высокой чистоты. 5 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к электрохимической технологии получения соединений алюминия, а именно к технологии получения губчатого нанопористого оксида алюминия в виде оксидной пленки анодированием, и может быть использовано при разработке эффективных люминофоров для новых источников света в видимом диапазоне, а также при создании элементов нано-оптоэлектроники.

Оксид алюминия является перспективным материалом для целей оптоэлектроники благодаря уникальным физико-химическим свойствам. Оптические свойства анодированного оксида алюминия (АОА) зависят от структурных (концентрация собственных и примесных дефектов, фазовый состав и др.) и геометрических параметров (форма, упорядочение и размер пор, расстояние между ними), которые можно варьировать, подбирая условия анодирования (Получение и исследования наноструктур: Лабораторный практикум по нанотехнологиям / Под ред. А.С. Сигова, М.: МИРЭА, 2008. - 116 с.).

Известен метод получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой (Патент RU 2555366 C2, МПК C01F 7/42, В82В 3/00, C25D 11/10, C25D 11/12, опубл. 10.07.15), включающий механическую и/или электрохимическую полировку поверхности алюминия с последующим анодным окислением в водных или водно-спиртовых растворах щавелевой Н2С2О4, фосфорной Н3РО4, серной H2SO4, янтарной C4H6O4, лимонной C6H8O7 кислот с концентрацией от 0.05 до 0.5 моль/литр при температуре от -20÷10°С и напряжении в диапазоне от 5 до 250 В для формирования оксидной пленки в один или два этапа в случае использования металла с гладкой поверхностью. Недостатком данного способа является необходимость использования высокочистого монокристаллического алюминия и проведения дополнительного травления пленки анодного оксида в растворе кислоты или двухэтапного окисления, что усложняет и удорожает процесс. Также отсутствуют данные о люминесценции.

Известен способ получения анодного оксида алюминия в водном растворе 0.4% HF + 4% H2C2O4 (Dhahri S. Porous aluminum room temperature anodizing process in a fluorinated-oxalic acid solution. / S. Dhahri, E. Fazio, F. Barreca, F. Neri, H. Ezzouia // Applied Physics A: Materials Science and processing. - 2016. - №122), заключающийся в напылении алюминия высокой чистоты на поверхность стали, стекла или алюминиевого сплава, который затем последовательно дважды анодируют в течение 15 мин при токе 50 мА и 150 мА, стравливая оксидный слой после первого анодирования в растворе кислот. В данном методе присутствуют такие недостатки, как необходимость напыления высокочистого алюминия на подложку перед анодированием, а также в процессе синтеза губчатая структура образуется только в случае анодирования на подложке из нержавеющей стали. Отсутствуют данные о люминесценции.

Люминофоры на основе нанопористого Al2O3 можно получить анодированием алюминия высокой чистоты в растворах 3 вес. % серной, щавелевой или фосфорной кислот (Gopal Khan, G. Structure dependent photoluminescence of nanoporous amorphous anodic aluminium oxide membranes: Role of F+ center defects / G. Gopal Khan, A.K. Singh, K. Mandal // Journal of Luminescence. - 2013. - №134) в два этапа при 200 А/м2 в течение 30 мин и 2-6 ч соответственно, проведя перед началом отжиг при 400°С в течение 4 ч и электрополировку, а также стравливая оксидный слой после первого анодирования в растворе кислот. Недостатком данного способа является необходимость использования специального оборудования для возбуждения и регистрации люминесценции. Кроме этого необходимы высокочистый алюминий (99.99%) и сложная предварительная обработка поверхности.

Известен способ получения губчатого нанопористого ("sponge-like nano-porous") Al2O3, применяемого для повышения теплопроводности (Zhang, В.J. Enhanced heat transfer performance of alumina sponge-like nano-porous structures through surface wettability control in nucleate pool boiling / B.J. Zhang, K.J. Kim, H. Yoon // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2012. - №55), заключающийся в анодном окислении алюминиевого сплава в электролите 0.3 моль/л ортофосфорной кислоты при 140 В и 5°С, проходящем в два этапа с длительностью второго шага в 2 ч, перед которым поверхность предварительно очищают и полируют электрохимически, а в промежутке между анодированиями и после них оксидный слой подвергают травлению в растворе кислоты. Для этого метода не представлено данных о люминесцентных свойствах материала. Также недостатком такого процесса является то, что для его реализации необходимо использование сплава А1 6061 (аналог АД33), что удорожает технологию.

Наиболее близким к заявляемому является метод синтеза люминофора на основе нанопористого оксида алюминия (Nourmohammadi, А. Photoluminescence emission of nanoporous anodic aluminum oxide films prepared in phosphori cacid / A. Nourmohammadi, S.J. Asadabadi, M.H. Yousefi, M. Ghasemzadeh // Nanoscale Research Letters. - 2012. - №1) двухстадийным анодированием алюминия в растворе ортофосфорной кислоты при постоянных значениях температуры 1°С, напряжения 100-130 В и длительности процесса 20 ч на каждом из этапов, где алюминиевая фольга предварительно подвергается химической обработке в смеси кислот, отжигают и электрохимически полируют, а по завершении всего процесса подложку из алюминия растворяют в растворе HgCl2. Недостатками данного метода являются: высокие временные и материальные затраты, которые связаны с необходимостью использования высокочистого алюминия (99.997% Al), с предварительной обработкой поверхности и с большой длительностью двухстадийного процесса анодирования, а также недостаточная интенсивность свечения синтезированного люминофора, которую можно регистрировать только с использованием специализированного спектрометрического оборудования и при возбуждении ультрафиолетовым излучением.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является отсутствие способа получения люминофора на основе губчатого нанопористого Al2O3 со свечением, воспринимаемым невооруженным человеческим глазом при дневном освещении.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является получение нового люминофора на основе губчатого нанопористого Al2O3 со свечением, воспринимаемым невооруженным человеческим глазом при дневном освещении.

Заявляемый способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия включает анодирование алюминия.

От прототипа способ отличается тем, что в качестве электролита используется раствор 0.9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты (HF) в этиленгликоле при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В.

Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:

- на фиг. 1 - изображение поверхности губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 0.9 моль/л HF при напряжении 150 В;

- на фиг. 2 - изображение скола губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 0.9 моль/л HF при напряжении 150 В;

- на фиг. 3 - нормированные спектры свечения губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворах с разной концентрацией HF при напряжении 150 В;

- на фиг. 4 - нормированные спектры свечения губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 0.9 моль/л HF при разных напряжениях;

- на фиг. 5 - сравнение спектра свечения губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 6.2 моль/л HF при напряжении 150 В с известным люминесцентным аналогом.

Процесс получения губчатого нанопористого оксида алюминия проходит в типовой двухэлектродной электрохимической ячейке с термостатированием. Поддержание постоянной температуры позволяет исключить возрастание величины тока анодирования, что могло бы привести к неконтролируемому росту скорости протекания реакции и процесса травления. В качестве анода используют пластинку алюминия технической чистоты (сплав А5). В качестве катода применяют нержавеющую сталь. Перед началом процесса анодирования заливают электролит. На протяжении всего процесса синтеза между катодом и анодом устанавливают заданное напряжение и поддерживают постоянную температуру электролита. С увеличением длительности процесса, а также при повышении значений напряжения, температуры и концентрации фтороводородной кислоты растет толщина итогового оксидного слоя и, соответственно, интенсивность фотолюминесценции.

Анализ снимков, полученных с помощью электронного микроскопа Sigma VP Carl Zeiss, показал, что оксид алюминия образуется в виде анодного оксидного слоя с губчатой структурой, возникающего на поверхности алюминия (Фиг. 1). Этот слой Al2O3 имеет неупорядоченную структуру с порами диаметром до 300 нм и направленностью роста вглубь алюминия (Фиг. 2). Отсутствие периодичности в расположении пор получаемого оксида и их сложный разветвленный характер возникает вследствие использования фтороводородной кислоты. С помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре PANalytical Pro установлено, что полученный в результате синтеза оксид алюминия является аморфным. При помощи спектрометра Perkin Elmer LS 55 зарегистрирована полоса фотолюминесценции в области 370 - 600 нм, определенная по уровню 0.1 от максимальной интенсивности, при возбуждении в полосе 277 нм.

Способ получения люминофора на основе губчатого оксида алюминия иллюстрируется следующими примерами выполнения.

Пример 1. В электрохимическую ванну заливают раствор 0.9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле и термостатируют при 1°С. Между катодом и анодом устанавливают постоянное напряжение 150 В. Продолжительность процесса синтеза составляет 2 ч. За это время на поверхности алюминия формируется слой губчатого Al2O3 с аморфной структурой.

Пример 2 проведен аналогично примеру 1 с изменением ряда характеристик способа. В электрохимическую ванну заливают раствор 0.9 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле и поддерживают температуру 1°С. Между катодом и анодом устанавливают постоянное напряжение 75 - 400 В.

Нормированные спектры фотолюминесценции полученных в Примере 1 и 2 образцов приведены на Фиг. 3 и 4, соответственно. Анодирование в электролите с указанными концентрациями при постоянном напряжении в заявленном диапазоне позволяет получить люминофор с широкой полосой свечения, при этом возможно варьировать ее интенсивность в пределах 0.2-1.8 от среднего значения и положение максимума в диапазоне 440 - 480 нм.

На Фиг. 5 приведены спектры свечения губчатого нанопористого оксида алюминия и АОА, полученного в электролите щавелевой кислоты при известных условиях (Li, Z. Blue luminescence in porous anodic alumina films / Z. Li, K. Huang // J. Phys.: Condens. Matter. - 2007. - №19). Предложенный люминофор в спектральной области 370 - 600 нм имеет интегральную интенсивность свечения, которая больше в ≈130 раз по сравнению с известными аналогами на основе нанопористого оксида алюминия.

Таким образом, достигается заявленный технический результат - получение нового люминофора на основе губчатого нанопористого Al2O3. Дополнительное преимущество заключается в том, что регистрируемое свечение видно невооруженным глазом при дневном освещении, а при получении используется более дешевый алюминий технической чистоты.

Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия путем анодирования алюминия с поддержанием постоянной температуры, отличающийся тем, что в качестве электролита используется раствор 0,9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле и процесс ведут при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения наноразмерных частиц золота в водной среде, включающему помещение в дистиллированную воду, находящуюся в емкости, двух электродов, один из которых выполнен из золота, пропускание между электродами стабилизированного постоянного электрического тока, отличающемуся тем, что в качестве второго электрода используют золотую пластину, электроды между собой разделяют микропористой мембраной, при этом процесс электролитического разложения проводят в присутствии катализатора, роль которого выполняет смесь цитратного раствора С6Н8O7 и аммиачного раствора NH3, при молярном соотношении смеси-катализатора к общему объему дистиллированной воды 1:100.

Изобретение относится к способу получения высокогомогенных по размерам (10-20 нм) наноразмерных частиц серебра в водной среде, включающему помещение в дистиллированную воду, находящуюся в емкости, двух электродов, один из которых выполнен из серебра, пропускание между электродами переменного электрического тока.

Изобретение относится к газодиффузионному слою для размещения между биполярной пластиной и электродом электрохимического элемента. Слой характеризуется тем, что он включает по меньшей мере два наслоенных друг на друга слоя, причем по меньшей мере один из слоев выполнен как пружинящий компонент с прогрессивной характеристикой пружины.

Изобретение относится к области получения наноматериалов, а именно нанопорошков кремния, и может быть использовано в стоматологии и биомедицине для получения фотолюминесцентных меток.

Изобретение относится к производству магнетитового литья и магнетитовых анодов, применяемых для электролиза водных сред (рН 2÷14) и катодной защиты от коррозии. Производят нагрев и плавление шихты из мелкой обогащенной магнетитовой руды, разлив в форму и кристаллизацию расплава в среде углекислого газа при атмосферном давлении.

Изобретение относится к способу получения раствора тетраметиламмония гидроксида, заключающемуся в том, что в пятикамерном электродиализаторе с ионообменными мембранами подвергают электродиализу хлорид тетраметиламмония.

Изобретение относится к электролизеру воды, содержащему источник тока, блок управления, герметичный корпус, на внешней поверхности которого установлен датчик температуры, подключенный к блоку управления, устройство для поддержания температуры герметичного корпуса в заданных пределах, расположенные в герметичном корпусе пористую гидрофильную мембрану, два прилегающих к ней пористых гидрофобных электрода - анода и катода, подключенных к источнику тока, две герметичные перегородки, одна из которых соединена с торцевой частью анода и герметичным корпусом с образованием кислородной полости между внешней поверхностью анода, перегородкой и внутренней поверхностью герметичного корпуса, а другая - с торцевой частью катода и герметичным корпусом с образованием водородной полости между внешней поверхностью катода, перегородкой и внутренней поверхностью герметичного корпуса, при этом между перегородками образована полость электролита, соединенная с магистралью подачи воды с клапаном заправки воды, магистрали выдачи водорода и кислорода с клапанами для их выпуска из соответствующих полостей, регулятор перепада давления газов, соединенный с магистралями выдачи указанных газов, и датчик давления, подключенный к блоку управления.

Изобретение относится к способу получения водорода с помощью термической диссоциации воды или низкотемпературных диссоциирующих веществ, содержащих в составе водород.

Изобретение относится к синтезу никотинатов металлов, которые могут применяться в качестве биологически активных добавок в сельском хозяйстве. Проводят электролиз насыщенного раствора никотиновой кислоты с медными электродами при постоянном токе, отделяют полученный осадок, промывают и сушат его.

Изобретение относится к улучшенному способу получения N1-[2-амино-4-(трифторметил)фенил]-N1-фенил-4-(трифторметил)бензол-1,2-диамина и его производных общей формулы (I). Получаемые соединения могут использоваться для синтеза ароматических полиимидов, находящих применение в различных передовых технологиях для полупроводников, упаковок электронных схем, топливных элементов, жидкокристаллических дисплеев (LCD), для разделения газов с использованием полимерных мембран.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген.

Изобретение относится к люминофорам и может быть использовано при производстве материалов для источников и преобразователей света. Готовят рабочий раствор, содержащий следующие компоненты, мас.%: тетрагидрат нитрата кальция - 1,30-1,33; гексагидрат нитрата магния - 1,41-1,44; нонагидрат нитрата алюминия - 20,71-21,11; гидрат лимонной кислоты - 14,20-14,70; бидистиллированная вода - остальное.

Изобретение относится к области люминофорных материалов, а именно к монокристаллическому люминофорному материалу для светодиодов белого света. Материал представляет собой твердый раствор оксида алюминия и иттрий-алюминиевого граната с церием и имеет состав, соответствующий формуле Y3-xCexAl5+yO12+1.5y, где x=0,02-0,05, y=0,17-3,97.

Изобретение относится к радиационной физике твердого тела, а именно к веществам (детекторам), предназначенным для люминесцентоной дозиметрии ионизирующих излучений, и может быть использовано в персональной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки на различных объектах.

Изобретение относится к получению материалов, способных интенсивно излучать свет в широком диапазоне спектра под воздействием фото-, электронного иэлектровозбуждения, стабильно в условиях высоких температур, радиации и химически агрессивных средах.

Изобретение относится к области создания люминесцентных наноструктурных композиционных керамических материалов на основе альфа-оксида алюминия и алюмомагниевой шпинели и может быть использовано при разработке светоизлучающих и светосигнальных устройств (например, светофоров), излучающих определенный цветовой тон видимого спектра.

Изобретение относится к области люминофоров. .

Изобретение относится к технологии получения кристаллического материала, являющегося твердым раствором общей формулы Ва4-xSr3+x(ВО3)4-yF2+3y, где 0≤x≤1 и 0≤y≤0,5, пригодного для регистрации рентгеновского излучения.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении эффективных люминофоров для элементов нано-оптоэлектроники и источников света в видимом диапазоне. Алюминий анодируют в растворе 0,9 - 10 мольл фтороводородной кислоты в этиленгликоле при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В с поддержанием постоянной температуры 1°С. В качестве анода используют пластинку алюминия технической чистоты, в качестве катода – нержавеющую сталь. Полученный губчатый нанопористый оксид алюминия люминесцирует при дневном освещении, его свечение воспринимается невооруженным глазом. Способ прост и не требует использования материалов высокой чистоты. 5 ил., 2 пр.

Наверх