Синтетический материал для обнаружения ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении устройств для систем безопасности или обнаружения ультрафиолетового и/или рентгеновского излучения, например датчиков, индикаторов или детекторов. Материал характеризуется следующей формулой (I):
в которой М' - комбинация по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из Li, Na, K и Rb, содержащая 0-98 мол. % катиона Na; M'' - трехвалентный моноатомный катион металла, выбранного из Al, Ga, В или сочетания любого из них с трехвалентным моноатомным катионом переходного элемента 3-10 групп Периодической системы химических элементов ИЮПАК; М''' - моноатомный катион элемента из 14 группы Периодической системы химических элементов ИЮПАК или любая их комбинация; X - анион элемента, выбранного из S, Se,Те, F, Cl, Br и I, или любая их комбинация; М'''' - допирующий катион элемента, выбранного из редкоземельных или переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, например, Eu, Tb, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu и Zn, или любая их комбинация, или М'''' отсутствует. Например, материал, охарактеризованный формулой (I), представляет собой (Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Na,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Eu, (Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Tb, (Li,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Li,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Li,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2 или (Li,Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2. Для определения интенсивности ультрафиолетового и/или рентгеновского излучения воздействуют на указанный материал излучением, определяют изменение цвета материала, например, визуально и сравнивают его с образцом сравнения. Изобретение обеспечивает стабильность материала в течение длительного времени. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к материалу, к материалу, восприимчивому к ультрафиолетовому излучению, к материалу, восприимчивому к рентгеновскому излучению, к устройству, к применению материала и к способу определения интенсивности ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Повышенные уровни ультрафиолетового (УФ) излучения, причиной которых является солнечный свет или ультрафиолетовые устройства для искусственного загара, вносят негативный вклад в рост частоты рака кожи, других заболеваний кожи, а также старения кожи. При этом важно знать, когда следует искать защиту от ультрафиолетового излучения или когда наносить или повторно наносить солнцезащитный крем.
Можно использовать чувствительные к ультрафиолету фотохромные органические вещества, которые изменяют цвет под воздействием ультрафиолета. В настоящее время, существуют такие устройства, как УФ браслеты и УФ карточки-индикаторы, которые можно применять для индикации уровня солнечного УФ излучения. В их основе лежат органические вещества, такие как спиро-оксазины, спиропираны, фульгиды, фульгимиды, бис-имидазолы и производные виологена. Как правило, цвет этих материалов исчезает при удалении воздействия ультрафиолета, что делает их индикаторами многократного использования, но некоторые из них предназначены для одноразового применения. Однако многие из фотохромных веществ для многократного применения имеют короткое время жизни, и поэтому они могут терять свою функциональность после слишком долгого или слишком интенсивного воздействия ультрафиолета. Спиро-оксазины, однако, могут функционировать в течение от двух до трех лет.Недостатком спиро-оксазинов является их высокая стоимость. Высокая стоимость и короткое время жизни снижают применимость указанных материалов в фотохромных УФ-индикаторах.
Таким образом, авторы настоящего изобретения выявили необходимость в материале низкой стоимости, восприимчивом к ультрафиолетовому излучению, который стабилен в течение долгого периода времени.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении нового типа материала и его применении. Кроме того, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении материала, восприимчивого к ультрафиолетовому излучению, и его применении. Цель настоящего изобретения состоит также в обеспечении материала, восприимчивого к рентгеновскому излучению, и его применении. Цель настоящего изобретения состоит также в обеспечении устройства. Цель настоящего изобретения состоит также в обеспечении способа определения интенсивности ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Материал согласно настоящему изобретению обладает отличительными признаками, изложенными в пункте 1 формулы изобретения.
Материал, восприимчивый к ультрафиолетовому излучению, согласно настоящему изобретению обладает отличительными признаками, изложенными в пункте 15 формулы изобретения.
Материал, восприимчивый к рентгеновскому излучению, согласно настоящему изобретению обладает отличительными признаками, изложенными в пункте 16 формулы изобретения.
Устройство согласно настоящему изобретению обладает отличительными признаками, изложенными в пункте 17 формулы изобретения.
Применение материала согласно настоящему изобретению обладает отличительными признаками, изложенными в пунктах 19, 21 или 22 формулы изобретения.
Способ согласно настоящему изобретению обладает отличительными признаками, изложенными в пункте 23 формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи включены для обеспечения
дополнительного понимания предложенного изобретения и составляют часть данного описания, иллюстрируют воплощения изобретения и совместно с описанием помогают объяснить принципы предложенного изобретения. В чертежах,
на Фиг. 1 раскрыты результаты испытания примера 5;
на Фиг. 2 раскрыты результаты испытания примера 6;
на Фиг. 3а и Фиг. 3b раскрыты результаты испытания примера 7;
на Фиг. 4 раскрыты результаты испытания примера 8; и
на Фиг. 5 раскрыты результаты испытания примера 9.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к материалу, представленному следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК;
М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион элемента, выбранного из группы 13 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-12 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы 16 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких анионов; и
M''' представляет собой допирующий катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или М'''' отсутствует.
Настоящее изобретение также относится к материалу, представленному следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой моноатомный катион щелочного металла, выбранного из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион элемента, выбранного из группы 13 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-12 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы 16 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких анионов; и
М'''' представляет собой допирующий катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или М'''' отсутствует.
Настоящее изобретение также относится к материалу, представленному следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК;
М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион элемента, выбранного из группы 13 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-12 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы 16 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких анионов, или X представляет собой анион элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, или любую комбинацию таких анионов; и
М'''' представляет собой допирующий катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или M'''' отсутствует.
Настоящее изобретение также относится к материалу, представленному следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой моноатомный катион щелочного металла, выбранного из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион элемента, выбранного из группы 13 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-12 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы 16 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких анионов, или X представляет анион элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, или любую комбинацию таких анионов; и
M'''' представляет собой допирующий катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или М'''' отсутствует.
В одном воплощении, М' представляет собой моноатомный катион щелочного металла, выбранный из группы, состоящей из Na, Li, K и Rb, или любую комбинацию таких катионов. В одном воплощении, М' представляет собой моноатомный катион щелочного металла, выбранный из группы, состоящей из Li, K и Rb, или любую комбинацию таких катионов.
В одном воплощении, М' представляет собой моноатомный катион щелочного металла, выбранного из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов; при условии, что М' не является моноатомным катионом, представляющим собой только Na.
Материал является синтетическим материалом, то есть этот материал получен синтетическим путем. Настоящее изобретение относится к синтетическому материалу, представленному следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК;
М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион элемента, выбранного из группы 13 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-12 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы 16 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких анионов; и
M'''' представляет собой катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или М'''' отсутствует.
Настоящее изобретение относится к синтетическому материалу, представленному следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК;
М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион элемента, выбранного из группы 13 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-12 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы 16 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких анионов, или X представляет анион элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, или любую комбинацию таких анионов; и
M''' представляет собой катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или М'''' отсутствует.
В данном описании, если не указано иное, выражение «моноатомный ион» следует понимать как ион, состоящий из единственного атома. Если ион содержит более одного атома, даже если эти атомы одного элемента, его следует считать полиатомным ионом. Таким образом, в данном описании, если не указано иное, выражение «моноатомный катион» следует понимать как катион, состоящий из одного атома.
Хакманит, являющийся разновидностью материала содалита, представляет собой природный материал, имеющий химическую формулу Na8Al6Si6O24 (Cl, S)2. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что можно получить синтетический материал на основе хакманита, способный обнаруживать ультрафиолетовое излучение. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что синтетический материал, в результате воздействия на него ультрафиолетового излучения, демонстрирует технический эффект, состоящий в проявлении интенсивности цвета, которая пропорциональна освещенности регистрируемого или обнаруженного излучения. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что можно получить материал, который обладает дополнительным преимуществом не менять цвет в отсутствии ультрафиолетового излучения, и который, таким образом, можно использовать для индикации наличия ультрафиолетового излучения. Таким образом, материал можно использовать для обнаружения и определения количества, например, ультрафиолетового излучения В и ультрафиолетового излучения С, которые вызывают солнечные ожоги.
Ультрафиолетовый свет является типом электромагнитного излучения с длиной волны от 10 нм (30 ПГц) до 4 00 нм (750 ТГц). Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения (УФИ) можно разделить на ряд диапазонов, в соответствии с рекомендациями стандарта ИСО ISO-21348, включающих ультрафиолет А (УФ-А), ультрафиолет В (УФ-В), ультрафиолет С (УФ-С). Длиной волны УФ-А обычно считают 315-400 нм, длиной волны УФ-В обычно считают 280-320 и длиной волны УФ-С обычно считают 100-290 нм.
В одном воплощении, ультрафиолетовое излучение включает ультрафиолетовое излучение А, ультрафиолетовое излучение В и/или ультрафиолетовое излучение С. В одном воплощении, ультрафиолетовое излучение состоит из ультрафиолетового излучения А, ультрафиолетового излучения В и/или ультрафиолетового излучения С. В одном воплощении, ультрафиолетовое излучение является ультрафиолетовым излучением А, ультрафиолетовым излучением В и/или ультрафиолетовым излучением С.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает не более 66 молярных процента (мол. %) моноатомного катиона Na. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает не более 50 мол. % моноатомного катиона Na. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает не более 4 0 мол. % моноатомного катиона Na, или не более 30 мол. % моноатомного катиона Na, или не более 20 мол. % моноатомного катиона Na.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает 0-98 мол. % моноатомного катиона Na. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает 0-98 мол. %, или 0-95 мол. %, или 0-90 мол. %, или 0-85 мол. %, или 0-80 мол. %, или 0-70 мол. % моноатомного катиона Na. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает 0-100 мол. % моноатомного катиона К. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает 0-100 мол. % моноатомного катиона Rb. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, причем указанная комбинация включает 0-100 мол. % моноатомного катиона Li.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, К и Rb. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, K и Rb. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию трех моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, K и Rb. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию моноатомных катионов из Li, Na, K и Rb.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию моноатомного катиона Na с моноатомным катионом Li, моноатомным катионом K и/или моноатомным катионом Rb. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию моноатомного катиона Na с моноатомным катионом К или моноатомным катионом Rb. В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию моноатомного катиона Na с моноатомным катионом К и моноатомным катионом Rb.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию моноатомного катиона Na и моноатомного катиона K; или комбинацию моноатомного катиона Na и моноатомного катиона Rb; или комбинацию моноатомного катиона K и моноатомного катиона Rb; или комбинацию моноатомного катиона Na, моноатомного катиона К и моноатомного катиона Rb; или комбинацию моноатомного катиона К и моноатомного катиона Rb.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию моноатомного катиона Li и моноатомного катиона Na; или комбинацию моноатомного катиона Li и моноатомного катиона K; или комбинацию моноатомного катиона Li и моноатомного катиона Rb; или комбинацию моноатомного катиона Li, моноатомного катиона K и моноатомного катиона Rb; или комбинацию моноатомного катиона Li, моноатомного катиона Na, моноатомного катиона K и моноатомного катиона Rb.
В одном воплощении, М' представляет собой моноатомный катион Li. В одном воплощении, М' представляет собой моноатомный катион K. В одном воплощении, М' представляет собой моноатомный катион Rb.
Комбинация по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, позволяет создавать материал, чувствительный к ультрафиолетовому излучению А, ультрафиолетовому излучению В и/или ультрафиолетовому излучению С.Эта комбинация позволяет создавать материал, способный указывать на присутствие по меньшей мере одного из ультрафиолетового излучения А, ультрафиолетового излучения В и ультрафиолетового излучения С, или на присутствие всех типов излучения из ультрафиолетового излучения А, ультрафиолетового излучения В и ультрафиолетового излучения С.
В одном воплощении, М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион металла, выбранного из группы, состоящей из А1 и Ga, или комбинацию таких катионов.
В одном воплощении, М'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион В.
В одном воплощении, М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы, состоящей из Si и Ge, или комбинацию таких катионов.
В одном воплощении, X представляет собой анион элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, или любую комбинацию таких анионов.
В одном воплощении, X представляет собой анион элемента, выбранного из группы, состоящей из О, S, Se и Те, или любую комбинацию таких анионов.
В одном воплощении, материал представлен формулой (I), где М'''' отсутствует. В этом воплощении материал является недопированным.
В одном воплощении, материал допирован по меньшей мере одним ионом редкоземельного металла и/или по меньшей мере одним ионом переходного металла. В одном воплощении, материал допирован по меньшей мере одним ионом редкоземельного металла и по меньшей мере одним ионом переходного металла. В одном воплощении, материал допирован по меньшей мере одним ионом редкоземельного металла или по меньшей мере одним ионом переходного металла.
В одном воплощении, материал представлен формулой (I), где W'''' представляет катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов.
В одном воплощении, М'''' представляет собой катион элемента, выбранного из группы, состоящей из Eu и Tb, или комбинацию таких катионов. В одном воплощении, М'''' представляет собой катион элемента, выбранного из группы, состоящей из Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu и Zn, или любую комбинацию таких катионов.
В одном воплощении, М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, K и Rb, причем указанная комбинация выбрана для обеспечения заранее заданного края полосы поглощения материала. В данном описании, если не указано иное, выражение «край полосы поглощения» следует понимать как пороговое значение энергии излучения, при превышении которого материал изменит цвет.
В одном воплощении, материал выполнен с возможностью изменения цвета под воздействием ультрафиолетового излучения, причем корреляцию между интенсивностью цвета материала и интенсивностью ультрафиолетового излучения вычисляют по следующей формуле 1:
где параметры имеют следующие значения:
у = интенсивность цвета [процентная доля черного],
А1 = амплитуда цвета,
х = величина УФ-индекса для солнечного цвета или мощность
[%] УФ лампы для УФ-А, УФ-В и/или УФ-С,
t1 = константа роста (англ. - growth constant) для цвета,
у0 = точка отсчета для цвета.
На основе указанной выше формулы 1 можно вычислить интенсивность излучения из интенсивности света следующим образом:
х = t1*[ln(y-у0)-lnA1].
В одном воплощении, для определения интенсивности ультрафиолета солнечного излучения А1 = от -1 до -15, t1 = от -30 до -5 и у0 = от 5 до 20.
В одном воплощении, для определения УФ-А А1 = от -1,5 до -0,1, t1 = от -30 до -10 и у0 = от 9,5 до 10,5.
В одном воплощении, для определения УФ-В А1 = от -3,0 до -1,8, t1 = от -450 до -20 и у0 = от 11 до 13.
В одном воплощении, для определения УФ-С А1 = от -3,0 до -1,8, t1 = от -200 до -15 и у0 = от 12 до 13.
Изменение в комбинации по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы 1 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, позволяет получить материал, который можно настроить на определение ультрафиолетового излучения А, ультрафиолетового излучения В и/или ультрафиолетового излучения С.
В одном воплощении, материал выбирают из группы, состоящей из (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2, (Na, Rb)8Al6Si6O24 (Cl, S)2, (Na, K, Rb)8Al6Si6O24(Cl, S)2, (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2: Eu, (Na, K)8Al6Si6O24(Cl,S)2: Tb, (Li, K)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Li,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Li,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2 и (Li, Na, K, Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2.
В одном воплощении, материал представляет собой (Na, K)8Al6Si6O24 (F0,7S0,1)2. Указанный материал можно использовать для регистрации рентгеновского излучения.
В одном воплощении, материал представляет собой (Na, K)8Al6Si6O24(Cl0,8S0,05)2. Указанный материал можно использовать для регистрации ультрафиолетового излучения.
В одном воплощении, материал синтезирован по реакции согласно статье Norrbo et al. (Norrbo, I.; Gluchowski, P.; Paturi, P.; Sinkkonen, J.; Lastusaari, M., Persistent Luminescence of Tenebrescent Na8Al6Si6O24 (Cl,S)2: Multifunctional Optical Markers. Inorg. Chem. 2015, 54, 7717-7724), основанной на статье Armstrong & Weller (Armstrong, J.A.; Weller, J.A. Structural Observation of Photochromism. Chem. Commun. 2006, 1094-1096), при использовании стехиометрических количеств цеолита А и Na2SO4, а также LiCl, NaCl, KСl и/или RbCl в качестве исходных материалов. Возможное применяемое по меньшей мере одно допирующее вещество добавляют в виде оксида, такого как Eu2O3 или Tb4O7. Материал можно получить следующим образом: цеолит А сначала сушат при 500°С в течение 1 ч. Исходную смесь затем нагревают при 850°С на воздухе в течение 48 ч. Продукт затем спокойно охлаждают до комнатной температуры и перетирают. Наконец, продукт повторно нагревают при 850°С в течение 2 ч под током атмосферы, состоящей из 12% Н2+88% N2. Сразу после синтеза материалы промывают водой для удаления любого избытка примесей LiCl/NaCl/KCl/RbCl. Чистоту можно подтвердить с помощью измерений методом рентгеновской дифракции на порошке.
Настоящее изобретение также относится к материалу, восприимчивому к ультрафиолетовому излучению, где материал представляет собой материал согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании. Настоящее изобретение также относится к материалу, восприимчивому к ультрафиолетовому излучению, где материал, восприимчивый к ультрафиолетовому излучению, содержит материал согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании.
Настоящее изобретение также относится к материалу, восприимчивому к рентгеновскому излучению, где этот материал представляет собой материал согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании.
Настоящее изобретение также относится к материалу, восприимчивому к ультрафиолетовому и рентгеновскому излучению, где этот материал представляет собой материал согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании.
Настоящее изобретение также относится к устройству, содержащему материал согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании. В одном воплощении, устройство представляет собой датчик ультрафиолетового излучения, детектор ультрафиолетового излучения или индикатор ультрафиолетового излучения. В одном воплощении, устройство представляет собой датчик рентгеновского излучения, детектор рентгеновского излучения, индикатор рентгеновского излучения или индикатор дозы рентгеновского излучения.
Индикатор ультрафиолетового излучения можно использовать, например, на этикетке бутылки крема для кожи или солнцезащитного крема, где изменение цвета будет предупреждать пользователя о необходимости нанесения защиты от солнца. Материал можно использовать, например, на внешней поверхности окна для предупреждения находящихся внутри помещения перед выходом на улицу об интенсивности ультрафиолетового излучения. Материал можно также смешивать в виде порошка в сырьевых материалах, используемых для производства пластиковых бутылок, стикеров, стекла и подобных продуктов, которые необходимо снабдить УФ индикатором. Это превращает сами указанные продукты в УФ индикатор. Продукты, содержащие указанный материал, могут также рассматриваться в качестве бижутерии. Материал можно использовать в качестве части наглядной поверхности измерительного устройства, которая откалибрована в соответствии с оттенком.
Настоящее изобретение также относится к применению материала согласно настоящему изобретению для индикации наличия ультрафиолетового излучения. В одном воплощении, ультрафиолетовое излучение представляет собой ультрафиолетовое излучение А, ультрафиолетовое излучение В и/или ультрафиолетовое излучение С.
Настоящее изобретение также относится к применению материала согласно настоящему изобретению для индикации наличия электромагнитного излучения с длиной волны 0,01-400 нм, или 10-400 нм, или 0,01-10 нм.
Настоящее изобретение также относится к применению материала согласно настоящему изобретению для индикации наличия рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение - это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,01 нм до 10 нм.
Авторы настоящего изобретения также неожиданно обнаружили, что синтетический материал, описанный в данной заявке, в результате воздействия на него рентгеновским излучением имеет технический эффект, состоящий в проявлении интенсивности цвета, которая пропорциональна дозе регистрируемого или обнаруженного излучения. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что можно получить материал, который обладает дополнительным преимуществом не менять цвет в отсутствие рентгеновского излучения и может поэтому использоваться для индикации наличия рентгеновского излучения. Таким образом, материал можно использовать для обнаружения и индикации количества рентгеновского излучения.
Настоящее изобретение также относится к применению материала по настоящему изобретению для индикации наличия ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения. Настоящее изобретение также относится к применению материала по настоящему изобретению для индикации наличия ультрафиолетового излучения и рентгеновского излучения.
Настоящее изобретение также относится к применению материала согласно настоящему изобретению в устройстве системы безопасности. В одном воплощении, устройство системы безопасности выбирают из группы, состоящей из нити, фольги и голограммы. В одном воплощении устройство системы безопасности представляет собой чернила. В одном воплощении, устройство системы безопасности применяют в банкноте, паспорте или карточке-идентификаторе.
Настоящее изобретение также относится к способу определения интенсивности ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения, включающему:
a) обеспечение материала согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании;
b) воздействие на материал, обеспеченный на стадии а), ультрафиолетовым излучением и/или рентгеновским излучением;
c) определение изменения цвета материала, вызванного ультрафиолетовым излучением и/или рентгеновским излучением; и
d) сравнение цвета материала с образцом сравнения, показывающим корреляцию интенсивности ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения с цветом материала.
Настоящее изобретение также относится к способу определения интенсивности ультрафиолетового излучения, включающему:
a) обеспечение материала согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании;
b) воздействие на материал, обеспеченный на стадии а), ультрафиолетовым излучением;
c) определение изменения цвета материала, вызванного воздействием на него ультрафиолетовым излучением; и
d) сравнение цвета материала с образцом сравнения, показывающим корреляцию интенсивности ультрафиолетового излучения с цветом материала.
Настоящее изобретение также относится к способу определения интенсивности рентгеновского излучения, включающему:
a) обеспечение материала согласно одному или более воплощениям, описанным в данном описании;
b) воздействие на материал, обеспеченный на стадии а), рентгеновским излучением;
c) определение изменения цвета материала, вызванного рентгеновским излучением; и
d) сравнение цвета материала с образцом сравнения, показывающим корреляцию интенсивности рентгеновского излучения с цветом материала.
Настоящее изобретение также относится к применению материала согласно настоящему изобретению.
В одном воплощении, предложен способ определения интенсивности рентгеновского излучения и полученной дозы рентгеновского излучения.
В одном воплощении, стадия с) включает визуальное определение изменения цвета материала.
Образцом сравнения может быть, например, карта или нечто подобное, что показывает корреляцию между интенсивностью ультрафиолетового излучения и интенсивностью цвета материала. В одном воплощении, интенсивность цвета материала используют для индикации величины УФ-индекса. В одном воплощении, корреляцию между интенсивностью цвета материала и интенсивностью ультрафиолетового излучения рассчитывают согласно следующей формуле 1:
в которой параметры имеют следующие значения:
у = интенсивность цвета [процентная доля черного],
А1 = амплитуда цвета,
х = величина УФ-индекса для солнечного цвета или мощность
[%] УФ лампы для УФ-А, УФ-В и/или УФ-С,
t1 = константа роста (англ. - growth constant) для цвета,
у0 = точка отсчета для цвета.
Воплощения изобретения, описанные ранее в данной заявке, можно применять в любой комбинации друг с другом. Некоторые из воплощений можно объединять для создания дополнительного воплощения изобретения. Материал, устройство, применение или способ, к которым относится настоящее изобретение, могут включать по меньшей мере одно из воплощений изобретения, описанных выше.
Материал обладает дополнительным преимуществом, будучи недорогим, обеспечивать стабильность даже при высоких уровнях ультрафиолета, а также обесцвечиваться дневным светом.
Материал обладает дополнительным преимуществом, состоящим в том, что он может не менять цвет в отсутствии УФ излучения.
Материал обладает дополнительным преимуществом, состоящим в том что его цвет можно обратить в бесцветный (белый), то есть обесцветить под действием видимого света или нагревания, что делает его пригодным для многократного применения.
Материал обладает дополнительным преимуществом, состоящим в том, что он хорошо согласуется со спектром эритематозного действия, что обеспечивает возможность контролировать, особенно УФ-В и УФ-С излучение, которые вызывают солнечные ожоги.
Материал обладает дополнительным преимуществом, состоящим в том, что при солнечном свете интенсивность цвета можно использовать для индикации величины УФ-индекса.
Материал обладает дополнительным преимуществом, состоящим в том, что он может показывать наличие рентгеновского излучения.
ПРИМЕРЫ
Далее более подробно будут рассмотрены воплощения настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.
Далее в описании раскрыты некоторые воплощения изобретения настолько подробно, что специалист в данной области техники может использовать изобретение на основании его раскрытия. Не все стадии воплощений обсуждаются подробно, так как многие из стадий будут очевидны для специалиста в данной области техники, на основании данного описания.
ПРИМЕР 1 - Получение (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2
Материал, представленный формулой (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2, получали следующим образом: смешивали 0,7000 г высушенного (500°С в течение 1 ч) цеолита А, 0,0600 г порошка Na2SO4 и 0,3067 г порошка KСl. Смесь нагревали при 850°С на воздухе в течение 48 ч. Продукт спокойно охлаждали до комнатной температуры и перетирали. Наконец, продукт повторно нагревали при 850°С в течение 2 ч под током атмосферы, состоящей из 12% Н2+88% N2.
ПРИМЕР 2 - Получение (Na, Rb)8Al6Si6O24 (Cl, S)2
Материал, представленный формулой (Na, Rb)8Al6Si6O24 (Cl, S)2, получали следующим образом: смешивали 0,7000 г высушенного (500°С в течение 1 ч) цеолита А, 0,0600 г порошка Na2SO4 и 0,4957 г порошка RbCl. Смесь нагревали при 850°С на воздухе в течение 48 ч. Продукт спокойно охлаждали до комнатной температуры и перетирали. Наконец, продукт повторно нагревали при 850°С в течение 2 ч под током атмосферы, состоящей из 12% Н2+88% N2.
ПРИМЕР 3 - Получение (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2 (далее обозначен как «Na, K композиция 2»)
Материал, представленный формулой (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2, получали следующим образом: смешивали 0,7000 г высушенного (500°С в течение 1 ч) цеолита А, 0,0600 г порошка Na2SO4 и 0,1800 г порошка NaCl и 0,0675 г порошка КСl. Смесь нагревали при 850°С на воздухе в течение 48 ч. Продукт спокойно охлаждали до комнатной температуры и перетирали. Наконец, продукт повторно нагревали при 850°С в течение 2 ч под током атмосферы, состоящей из 12% Н2+88% N2.
ПРИМЕР 4 - Получение (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2:Eu
Материал, представленный формулой (NaK)8Al6Si6O24 (Cl, S)2:Eu, получали следующим образом: 0,7000 г высушенного (500°С в течение 1 ч) цеолита А, 0,0600 г порошка Na2SO4 и 0,1800 г порошка NaCl и 0,0675 г порошка KСl смешивали с 0,002 г порошка Eu2O3. Смесь нагревали при 850°С на воздухе в течение 48 ч. Продукт спокойно охлаждали до комнатной температуры и перетирали. Наконец, продукт повторно нагревали при 850°С в течение 2 ч под током атмосферы, состоящей из 12% Н2+88% N2.
Пример 5 - Испытание образца материалов, полученных в примере 1, примере 2 и примере 3
Образец каждого из материалов, полученных в примере 1, примере 2 и примере 3, испытывали путем облучения их в течение 1 мин выбранной длиной волны от 200 до 450 нм с помощью люминесцентного спектрометра Varian Сагу Eclipse. После каждого облучения держатель образца фотографировали и анализировали облученную и необлученную части с помощью программы ImageJ для получения интенсивности цвета. После этого образец перемещали и снова облучали при другой длине волны. Интенсивности цвета, полученные таким образом, нормализовывали так, что в отсутствие цвета получали значение ноль, а наиболее сильное окрашивание давало значение единицу. Результаты, представленные на Фиг. 1, показывают края полос поглощения для окрашивания полученных материалов.
ПРИМЕР 6 - Испытание образца материалов, полученных в примере 1, примере 2 и примере 4
Образец каждого из материалов, полученных в примере 1, примере 2 и примере 4, испытывали путем облучения в течение 1 мин с помощью лампы-симулятора солнечного излучения (LOT/QD LS0500) при использовании различных мощностей облучения от 300 до 1200 Вт/м2. Мощность облучения измеряли с помощью переносного устройства Seaward Solar Survey 100. После облучения изменение в спектре отражения материала определяли с помощью спектрометра Avantes AvaSpec 2084x14, подключенного с помощью 600 микрометрового оптоволоконного кабеля. Измерения отражения проводили при освещенности от лампы накаливания мощностью 60 Вт, расположенной на расстоянии 2 0 см выше образца. Полученные таким образом спектры отражения были интегрированы в видимый диапазон длин волн (400-700 нм) с помощью программного обеспечения Origin 2015 (OriginLab) для получения полного изменения отражения. Это значение отражения делили на то, что получено для черного углерода с получением значения, описывающего интенсивность цвета в сравнении с полностью черным материалом.
Зависимость интенсивности цвета от УФ-индекса, например, для (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2, получали следующим образом:
Интенсивность цвета [% от черного] = -11,4*exp(УФ-индекс/-6,64)+13,9
Результат представленный на Фиг. 2 показывает, что интенсивность цвета полученного материала является функцией от интенсивности солнечного света и УФ-индекса.
ПРИМЕР 7 - Испытание образца материалов, полученных в примере 1 и примере 2
Образец каждого материала, полученного в примере 1 и примере 2, испытывали путем облучения ультрафиолетом А (330-350 нм), ультрафиолетом В (295-315 нм) и ультрафиолетом С (260-280 нм) при использовании люминесцентного спектрометра Varian Сагу Eclipse. После каждого облучения держатель образца фотографировали и анализировали облученную и необлученную части с помощью программы ImageJ для получения интенсивности цвета. Это значение интенсивности делили на то, что получено для черного углерода с получением значения, описывающего интенсивность цвета в сравнении с полностью черным материалом. После этого образец перемещали и снова облучали при следующей мощности. Результаты, представленные на Фиг. 3а и Фиг. 3b, показывают, что интенсивность цвета полученного материала является функцией от интенсивности УФ лампы для УФ-А, УФ-В и УФ-С. Интенсивность цвета для (Na, Rb)8Al6Si6O24 (Cl,S)2 получали следующим образом:
Интенсивность цвета [% от черного] = -0,4*ехр(мощность лампы УФ-А [%]/-25,6)+10,0
Интенсивность цвета [% черного] = -2,6*ехр(мощность лампы Уф-B [%]/-446)+12,7
Интенсивность цвета [% черного] = -2,0*ехр(мощность лампы УФ-С [%]/-177)+12,4
ПРИМЕР 8 - Испытание образцов материала, полученных в примере 1
Образец материала, полученного в примере 1, испытывали и сравнивали с коммерческой УФ карточкой-индикатором (Good Life Innovations Ltd/Colour Changing, UK). Методика испытания была такой же, как описана в примере 5 выше. Кроме того, спектр эритематозного действия был протестирован для обоих образцов в соответствии со следующей методикой, описанной в Webb, A.R., Slaper, Н., Koepke, P., and Schmalwieser, A.W., Know your standard: Clarifying the erythema action spectrum, Photochemistry and Photobiology 87 (2011) 483-486. Результаты представленные на Фиг. 4, показывают сравнение краев полос поглощения для окрашивания (Na, K)8Al6Si6O24 (Cl, S)2 и коммерческой УФ карточки-индикатора, а также спектр эритематозного действия кожи человека (пунктирная линия).
ПРИМЕР 9 - Испытание образца материалов, полученных в примере 2
Образец материала, полученного в примере 2, испытывали путем воздействия на него CuKα рентгеновских лучей (длина волны = 0,15 нм, энергия = 8,05 кэВ). Результаты, представленные на Фиг. 5, показывают эффект воздействия дозы рентгеновского излучения на интенсивность цвета материала. Из этих результатов видно, что интенсивность цвета материала линейно увеличивается с увеличением дозы рентгеновского излучения. Следовательно, интенсивность цвета можно использовать как датчик дозы рентгеновского излучения:
D = аС+b,
где
D = доза рентгеновского излучения;
а = калибровочная константа 1;
С = интенсивность цвета; и
b = калибровочная константа 2.
Специалисту в данной области техники очевидно, что с развитием технологий основная концепция изобретения может быть воплощена различными путями. Изобретение и его воплощения не ограничиваются примерами, описанными выше, а могут меняться в пределах объема заявленных притязаний.
1. Материал для обнаружения ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения, представленный следующей формулой (I):
в которой
М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, K и Rb;
M'' представляет собой трехвалентный моноатомный катион металла, выбранного из группы, состоящей из Al и Ga, или представляет собой трехвалентный моноатомный катион В или любой из указанных катионов в сочетании с трехвалентным моноатомным катионом переходного элемента, выбранного из любой из групп 3-10 Периодической системы химических элементов ИЮПАК;
М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы 14 Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов;
X представляет собой анион элемента, выбранного из группы, состоящей из S, Se и Те, или любую комбинацию таких анионов, или X представляет собой анион элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, или любую комбинацию таких анионов; и
М'''' представляет собой допирующий катион элемента, выбранного из редкоземельных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или из переходных металлов Периодической системы химических элементов ИЮПАК, или любую комбинацию таких катионов, или М'''' отсутствует.
2. Материал по п. 1, в котором М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, K и Rb, причем указанная комбинация включает 0-98 мол. %, или 0-95 мол. %, или 0-90 мол. %, или 0-85 мол. %, или 0-80 мол. %, или 0-70 мол. % моноатомного катиона Na.
3. Материал по любому из пп. 1, 2, в котором М' представляет собой комбинацию по меньшей мере двух моноатомных катионов разных щелочных металлов, выбранных из группы, состоящей из Li, Na, K и Rb, где указанная комбинация включает не более 66 мол. % моноатомного катиона Na.
4. Материал по любому из пп. 1-3, в котором М' представляет собой комбинацию моноатомного катиона Na с моноатомным катионом Li, моноатомным катионом K и/или моноатомным катионом Rb.
5. Материал по любому из пп. 1-4, в котором М''' представляет собой моноатомный катион элемента, выбранного из группы, состоящей из Si и Ge, или комбинацию таких катионов.
6. Материал по любому из пп. 1-5, в котором М'''' представляет собой катион элемента, выбранного из группы, состоящей из Eu и Tb, или комбинацию таких катионов.
7. Материал по любому из пп. 1-6, в котором М'''' представляет собой катион элемента, выбранного из группы, состоящей из Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu и Zn, или любую комбинацию таких катионов.
8. Материал по любому из пп. 1-7, где материал выбирают из группы, состоящей из (Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Na,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Eu, (Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Tb, (Li,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Li,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2, (Li,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2 и (Li,Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2.
9. Материал, восприимчивый к ультрафиолетовому излучению, отличающийся тем, что является материалом по любому из пп. 1-8.
10. Материал, восприимчивый к рентгеновскому излучению, отличающийся тем, что является материалом по любому из пп. 1-8.
11. Устройство для обнаружения ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения, отличающееся тем, что оно содержит материал по любому из пп. 1-8, 9 или 10.
12. Устройство по п. 11, которое представляет собой датчик ультрафиолетового излучения, детектор ультрафиолетового излучения или индикатор ультрафиолетового излучения.
13. Применение материала по любому из пп. 1-8 для индикации наличия ультрафиолетового излучения.
14. Применение по п. 13, в котором ультрафиолетовое излучение представляет собой ультрафиолетовое излучение типа А, ультрафиолетовое излучение типа В и/или ультрафиолетовое излучение типа С.
15. Применение материала по любому из пп. 1-8 для индикации наличия рентгеновского излучения.
16. Применение материала по любому из пп. 1-8 в устройстве системы безопасности.
17. Способ определения интенсивности ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения, включающий:
a) обеспечение материала по любому из пп. 1-8, 9 или 10;
b) воздействие на материал, обеспеченный на стадии а), ультрафиолетовым излучением и/или рентгеновским излучением;
c) определение изменения цвета материала, вызванного ультрафиолетовым излучением и/или рентгеновским излучением; и
d) сравнение цвета материала с образцом сравнения, показывающим корреляцию интенсивности ультрафиолетового излучения и/или рентгеновского излучения с цветом материала.
18. Способ по п. 17, в котором стадия с) включает визуальное определение изменения цвета материала.
