CN1052371C - 用于输出兰绿光10.6μm红外传感元件陶质芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于输出兰绿光10.6μm红外传感元件陶质芯片及其制备方法。是一种热致发光的红外敏感的陶质芯片。主要用于将CO₂激光在10.6μm的红外光转换成兰绿色可见光。它是由多元化合物在惰性气氛下温度为1000～1250℃烧0.5～2小时而制成的陶质芯片。陶质芯片的化合物基质是碱土硫化物SrS，掺有两种稀土离子，一种为铈(Ce)，另一种是镝、钬或者铒，同时加入适量的氟化物、碱土氟化物。本发明的芯片具有机械强度高，适宜目视观察，灵敏度高，利于照相记录，不产生挥发物，无污染等优点。

Description

用于输出兰绿光10.6μm红外传感元件陶质芯片及其制备方法

本发明是一种用热致发光材料制作的红外敏感元件的陶质芯片及其制备方法，它是用于将CO₂激光在10.6μm的红外输出转换成兰绿色可见光的传感元件。

掺杂的IIa-VIb族化合物，具有很好的光致发光特性。这些材料中具有较深的陷阱，能稳定的俘获电子，并只当用近红外光(λ∠1.7μm)才能引起光致发光，这种现象和有关材料已被用于制作对近红外光响应的红外传感元件[见美国专利US4806772(HO5B33/00)，US4812659(HO5B33/00)，US4812660(HO5B33/00)]。

但是某些掺杂的碱土硫化物和硒化物，具有热致发光的特性，然而在一般情况下，其应用被忽视了。在特殊的工艺条件和化学成分下，有目的的在材料中改变成分和掺入特殊的杂质引入一些适当深度的陷阱，可使之在长波红外光和热作用下，产生可见的电子-孔穴复合发光。这样，这种可见光就成为作用在材料上的红外光的显示。利用这种热敏材料能制成适合多方面应用的红外传感元件，例如用于检测CO₂激光在10.6μm输出的目测元件，红外看谱仪的显示屏，红外干涉仪的像转换屏等。

与光敏元件不同我们发明的这种元件应具有很好的耐热性，它不能用有机材料塑封或使用有机粘合剂。

本发明的主要目的是提供一种能将CO₂激光在10.6μm的红外输出转换成兰绿色可见光的红外传感元件所用的陶质芯片及其制备方法。

本发明的长波红外敏感元件，由特殊的材料烧制而成。这种材料是由多元化合物构成的陶质芯片(块，粉沫)。其基质成分为碱土硫化物，主要成分为特殊的杂质，它决定材料的发光特性，及形成陶瓷片的其它添加物(碱土硫酸盐，碱卤化物，碱土卤化物等)。主要基质成分碱土硫化物，在不加其它成分前，不具备任何可利用的特性。掺进铈获得了光致发光的特性，而第二种杂质(铒，钬，镝和铥)的掺入改变了铈的光致发光的特性，并增强了热致发光特性。

本发明的红外敏感元件在红外激光的作用下能发射绿光，长时间作用后，绿光减弱并在该点留下痕迹，这个痕迹能在1秒钟内自然恢复。

本发明的红外敏感元件，它是由烧制成的不同形状和不同尺寸的陶质芯片构成。这种陶质芯片是在高压下将原料成形后在高温下烧结成的。这种陶质芯片有一定的强度能装在特制的框架上，或烧结金属片上或其它陶瓷片上。

本发明的红外敏感元件也对近红外辐射敏感。

本发明元件的陶质芯片所用材料的主要成分为碱土硫化物，其中掺有两种稀土离子，一种为铈，另一种可以是镝，钬或铒等，同时加适量的氟化物，碱土氟化物等，来增加发光强度和形成陶质。稀土离子可以是氧化物，或硫化物或卤化物的形式加入。其相对重量百分比如下：

      SrS                      100         wt％

      M(Ca，Sr，Ba)SO₄        0-6         wt％

      M(Ca，Sr，Ba)F₂         0-8         wt％

      M(Li，Na，K)F            2-12        wt％

      Ce                       0.02-0.12   wt％

      R(Er，Ho，Dy)            0.005-0.05     wt％

本发明红外传感元件的制备方法：

将上述陶质芯片的化合物按所需比率称好混合，研磨后在各种尺寸和形状的基底上加压成形，之后放在电炉中，在惰性气氛下加热，于1000～1250℃温度烧0.5～2小时，冷却后即得本发明元件。

所说的基底是模具，或是金属或氧化铝陶瓷片。

上述制得的元件可根据不同的需要，装在适当的框架上以便于使用。

本发明的优点：

本发明元件陶质芯片是由无机陶质材料制成的，其特点是将长波红外光(CO₂激光输出～10.6μm)转换成兰绿色可见光，其光谱分布如附图所示，与人眼的光谱灵敏区接近，因而它有如下优点：

1.适宜目视观察，灵敏度高；

2.利于照相和光电记录；

3.机械强度高；

4.激光作用后不产生挥发物，无污染，等。

5.本发明元件的用处广泛：

1)用来观察CO₂等红外激光输出，确定方位，光斑大小及发散

情况等光束参数。

2)用于做为分析CO₂等红外激光输出精细波长的红外看谱仪

的波长显示屏。

3)用于做观察CO₂等红外激光干涉图象的屏幕等。

4)用于CO₂激光手术的准确定位或激光防护。

附图说明：

图1.发光光谱分布图(纵座标为发光强度I，横座标为波长λ)。

实施例1：

按下面成分制成元件的陶质芯片，其相对重量百分比为

      硫化锶                   100         wt％

      氟化钡                   8           wt％

      氟化锂                   10          wt％

      氧化铈                   0.08        wt％

      氧化铒                   0.03        wt％

具体做法是称取硫化锶5188mg，氟化钡415mg，氟化锂518.8mg，氧化铈4.15mg和氧化铒1.55mg，混合研匀后放在特制的模具内加压成形，然后放在电炉中于1000℃温度下烧2小时，同时通氩气。冷却后可得本发明的热致发光陶瓷片。其发光光谱如图1中曲线2所示。

实施例2：

按下面成分制成元件的陶质芯片，其中各化合物的相对重量百分比为：

      硫化锶                   100         wt％

      氟化锂                   2           wt％

      氧化铈                   0.12        wt％

      氧化钬                   0.06        wt％

具体做法是称取硫化锶12786mg，氟化锂255.7mg，氧化铈15.3mg和氧化钬7.6mg，混合研匀后沉积在铝片和陶瓷片上，然后放在电炉中，于1250℃温度下烧0.5小时，同时通氩气。冷却后可得本发明的热致发光显示屏。其发光光谱如图1中曲线3所示。

实施例3：

按下面成分制成的陶质芯片元件，其中各化合物的相对重量百分比为：

      硫化锶                   100         wt％

      硫酸钙                   5           wt％

      氟化钙                   5           wt％

      氟化锂                   5           wt％

      氧化铈                   0.025       wt％

      氧化镝                   0.006       wt％

具体做法是称取硫化锶18586mg，硫酸钙929.3mg，氟化钙929.3mg，氟化锂929.3mg，氧化铈4.6mg和氧化镝1.7mg，混合研匀后放在特制的模具内加压成形，然后放在电炉中，于1060℃温度下烧1小时，同时通氩气。冷却后即得本发明的热致发光陶瓷片。其发光光谱如图1中曲线1所示。

Claims (2)

1.一种用于输出兰绿光10.6μm红外传感元件陶质芯片，它是以碱土硫化物中的硫化锶作为基质，掺入两种稀土离子和适量的氟化物以及碱土氟化物烧制而成的多元化合物所构成，其特征在于多元化合物掺入的第一种稀土离子是铈，第二种稀土离子是铒，钬，镝，其具体的化学成份为(按相对重百分比)：

      SrS                      100         wt％

      M(Ca，Sr，Ba)SO₄        0-6         wt％

      M(Ca，Sr，Ba)F₂         0-8         wt％

      M(Li，Na，K)F            2-12        wt％

      Ce                       0.02-0.12   wt％

      R(Er，Ho，Dy)            0.005-0.05  wt％

2.一种用于输出兰绿光10.6μm红外传感元件陶质芯片的制备方法，其特征在于烧制方法是按比例称量构成陶质芯片的化合物，混合研磨后加压成形，再放入炉中，在惰性气氛下加热至1000～1250℃烧0.5～2小时，待冷却后即成。

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