CN110079318A - 一种陶瓷蓄光板及太阳能蓄光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷蓄光板和包含该陶瓷蓄光板的太阳能蓄光装置。该太阳能蓄光装置由陶瓷蓄光板和太阳能电池板两部分组成，陶瓷蓄光陶瓷板是一种由多个陶瓷蓄光片作为蓄光单元阵列排布而成。在可见光、紫外光等光源照射时，能将其光能储蓄起来，当光源撤离后在黑暗状态下，再将所储蓄的光能缓慢释放而产生发光现象。陶瓷蓄光片包括基质、发光中心，基质为正交结构的蓄光陶瓷，发光中心分布于所述基质内的正交结构的透明陶瓷，发光中心的晶粒粒径为尺寸为1‑10μm的(Sr1‑a‑b‑x‑y,Baa,Cab)4Al14O25:Eux,Dyy夜光粉颗粒。太阳能电池板是通过吸收蓄光板产生的光源，通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能，从而达到蓄电效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄光装置，具体涉及一种陶瓷蓄光板和包含该陶瓷蓄光板形成的太阳能蓄光装置。
背景技术
陶瓷材料具有强度高、耐候性好、寿命长等诸多优点，但陶瓷自身一般不具有发光性。目前，铝酸盐系的蓄光材料被越来越多地应用到以塑料、涂料、油漆和纸张为载体的蓄光性发光制品。
发光材料是指一类将其它能量转化成光能辐射的材料，在目前所研究和应用的发光材料中，超过90％的发光材料是以稀土离子作为激活中心。稀土元素本身特殊的电子构型，使其具有了丰富的电子能级，以稀土离子作为激活中心的发光材料通常具有丰富的发射谱线、单色性良好、转换效率高、物理化学性能稳定等优点，可广泛的应用在平面显示、军事技术、半导体产业、固体激光器等领域，并处在高速的更新发展中。
长余辉材料作为发光材料的一种，其发光强度、余辉时间与陷阱能级深度有着较大联系。然而，由于长余辉材料发光机制至今未能完全解释清楚，其普遍存在的初始余辉亮度不足、余辉时间过短的问题难以得到有效解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不耗费能源、能够自行发光的、余辉亮度强、余辉时间长的蓄光陶瓷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种陶瓷蓄光板，所述陶瓷蓄光板包括多个陶瓷蓄光片通过阵列排布而成，所述陶瓷蓄光片为正交结构的发光长余辉透明陶瓷，包括以镧系元素为发光中心的夜光粉颗粒；
作为优选地，所述夜光粉颗粒包括锶盐、钙盐、钡盐、硼酸、氧化铝、碳酸盐中的一种或多种；
作为优选地，所述夜光粉颗粒包括CaCO3、SrCO3、BaCO3、Al2O3、Eu2O3、H3BO3和Dy2O3中的一种或多种作为原材料；
作为优选地，所述夜光粉颗粒为(Sr1-a-b-x-y,Baa,Cab)4Al14O25:Eux,Dyy的石榴石结构，其中，a＝0-1,b＝0-1,x＝0.01-0.1,y＝0.01-0.1；
作为优选地，所述夜光粉颗粒的晶粒粒径为1-10μm，最优选地，为1-3μm；
作为优选地，所述夜光粉颗粒占陶瓷蓄光片质量分数的90-100％；
作为优选地，所述陶瓷蓄光板厚度为1-2mm。这种厚度在保持其它性能的前提下，具有较好性能；
作为优选地，所述陶瓷蓄光板是将夜光粉颗粒以乙醇作为介质，经过混合在还原气氛下烧结成分，然后经过等静压压制，再次在还原气氛下烧结，最后经过切割抛光并镶嵌到不锈钢板里，组成陶瓷蓄光片的阵列装置而成；
作为优选地，所述Eu2O3和Dy2O3的含量为0.1-5％；
本发明还提供了一种太阳能蓄光装置，所述太阳能蓄光装置包括陶瓷蓄光板和太阳能电池板，所述太阳能电池板为市场上可以购买的常规装置。
本发明中的陶瓷蓄光板是一种由多个陶瓷蓄光片作为蓄光单元阵列排布而成。在可见光、紫外光等光源照射时，能将其光能储蓄起来，当光源撤离后在黑暗状态下，再将所储蓄的光能缓慢释放而产生发光现象。太阳能电池板是通过吸收蓄光板产生的光源，通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能，从而达到蓄电效果。
本发明通过调整Ba、Sr、Ca的组成，调整基质结构的电子能级，从而达到了调整陷阱能级大小，进而延长长余辉材料的初始余辉的亮度以及余辉时间。
为了说明这个问题，本发明进一步采用了热释光谱来考察掺Ba、Ca后Sr4Al14O25体系陷阱能级变化，制得了陶瓷蓄光片。由于长余辉发光机理至今未能完全解释清楚，一般认为引入Dy3+作为辅助激活离子，它的加入替代一部分处于基质晶格上的Sr2+，由于电荷补偿作用生成的空穴，成为电子捕获中心，从而形成缺陷能级。
当电子受激发从基态到激发态后，部分电子返回低能级发光.另一部分通过驰豫过程存储在缺陷能级中，被俘获的电子获得足够逃逸的热能后，将在发光中心与空穴复合，发射出可见光。因此研究热释曲线可以得到长余辉体系陷阱的重要参数激活能E，即陷阱深度值。
本发明相对于现有技术具有如下技术效果：
(1)本发明的陶瓷蓄光板相对于现有技术中的其他长余辉材料来说不耗费能源、能够自行发光、余辉亮度强、余辉时间长；
(2)本发明通过将蓄光材料以陶瓷蓄光板的形式与太阳能电池板相结合，在夜晚没有太阳光照射的时候，利用陶瓷蓄光板的荧光照射太阳能电池板产生的光电效应将光能转换为电能。通过调整光子的陷阱能级，来提高蓄光粉的光照强度和光照寿命，进一步提高太阳能电池板的发电时长；
(3)本发明的陶瓷蓄光板中所述基板层的材料为陶瓷蓄光片镶嵌排列而成的陶瓷蓄光板。陶瓷蓄光板与太阳能电池板可以实现更好的融合，具有更高的效率。且所述陶瓷蓄光板的发光层厚度为1-2毫米。这种厚度在保持其它性能的前提下，具有较好性能。
附图说明
图1为本发明陶瓷蓄光板示意图；
图2为本发明陶瓷蓄光板的(Ba,Sr,Ca)4Al14O25:Eu2+,Dy3+XRD图；
图3为本发明陶瓷蓄光板的激发、发射光谱图；
图4为本发明陶瓷蓄光板的(Ba,Sr,Ca)4Al14O25:Eu2+,Dy3+三维热释光谱图；
图5为本发明陶瓷蓄光板的余辉亮度图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明专利做进一步具体说明。
实施例一
一种陶瓷蓄光板，其制备方法包括如下步骤：
(1)选择纯度为99.99％的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3作为原材料，按照(Sr,Ba,Ca)4Al14O25:Eu0.05,Dy0.05化学计量比，计算原料的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的用量比，按照SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的原子比为2:1:1:14:0.5:0.5称取原材料，使用乙醇介质研磨0.5h，然后在还原气氛下经过1300-1600℃烧结15-24h，得到夜光陶瓷粉料，所述夜光陶瓷粉料X射线衍射图如图2所示；
(2)称取夜光陶瓷粉料，放入到坩埚中，用等静压设备压制成块状，再放入还原炉中经过1500℃再次烧结15-24h，冷却后得到发光陶瓷块。经切割后成片状，得到陶瓷蓄光片；
(3)将步骤(2)制备的陶瓷蓄光片经过抛光后，嵌入到不锈钢板中，即得本发明的陶瓷蓄光板，其结构如图1所示，激发、发射光谱如图3所示，(Ba,Sr,Ca)4Al14O25:Eu2+,Dy3+三维热释光谱图如图4所示。
实施例二
一种陶瓷蓄光板，其制备方法包括如下步骤：
(1)选择纯度为99.99％的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3作为原材料，按照(Sr,Ba,Ca)4Al14O25:Eu0.05,Dy0.05化学计量比，计算原料的SrCO3、BaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的用量比，按照SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的原子比为3:0.5:0.5：14:0.5:0.5称取原材料，使用乙醇介质研磨0.5h，然后在还原气氛下经过1300-1600℃烧结15-24h，得到夜光陶瓷粉料；
(2)称取夜光陶瓷粉料，放入到坩埚中，用等静压设备压制成块状，再放入还原炉中经过1500℃再次烧结15-24h，冷却后得到发光陶瓷块。经切割后成片状，得到陶瓷蓄光片；
(3)将步骤(2)制备的陶瓷蓄光片经过抛光后，嵌入到不锈钢板中，即得到本发明的陶瓷蓄光板。
实施例三
一种陶瓷蓄光板，其制备方法包括如下步骤：
(1)选择纯度为99.99％的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3作为原材料，按照(Sr,Ba,Ca)4Al14O25:Eu0.05,Dy0.05化学计量比，计算原料的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的用量比，按照SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的原子比为1:2:1：14:0.5:0.5称取原材料，使用乙醇介质研磨0.5h，然后在还原气氛下经过1300-1600℃烧结15-24h，得到夜光陶瓷粉料；
(2)称取夜光陶瓷粉料，放入到坩埚中，用等静压设备压制成块状，再放入还原炉中经过1500℃再次烧结15-24h，冷却后得到发光陶瓷块。经切割后成片状，得到陶瓷蓄光片。
(3)将步骤(2)制备的陶瓷蓄光片经过抛光后，嵌入到不锈钢板中，即得本发明的陶瓷蓄光板。
实施例四
一种陶瓷蓄光板，其制备方法包括如下步骤：
(1)选择纯度为99.99％的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3、Dy2O3和H3BO3作为原材料，按照(Sr,Ba,Ca)4Al14O25:Eu0.05,Dy0.05化学计量比，计算原料的SrCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的用量比，按照SrCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3、Dy2O3和H3BO3的原子比为1:1:2:14:0.05:0.05:0.314称取原材料，使用乙醇介质研磨0.5h，然后在还原气氛下经过1300-1600℃烧结15-24h，得到夜光陶瓷粉料,其中H3BO3作为体系助熔剂使用；
(2)称取夜光陶瓷粉料，放入到坩埚中，用等静压设备压制成块状，再放入还原炉中经过1500℃再次烧结15-24h，冷却后得到发光陶瓷块。经切割后成片状，得到陶瓷蓄光片；
(3)将步骤(2)制备的陶瓷蓄光片经过抛光后，嵌入到不锈钢板中，即得本发明的陶瓷蓄光板。
实施例五
一种陶瓷蓄光板，其制备方法包括如下步骤：
(1)选择纯度为99.99％的SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3作为原材料，按照(Sr,Ba,Ca)4Al14O25:Eu0.05,Dy0.05化学计量比，计算原料的SrCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的用量比，按照SrCO3、BaCO3、CaCO3、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3的原子比为0.5:0.5:3:14:0.05:0.05称取原材料，使用乙醇介质研磨0.5h，然后在还原气氛下经过1300-1600℃烧结15-24h，得到夜光陶瓷粉料。
(2)称取夜光陶瓷粉料，放入到坩埚中，用等静压设备压制成块状，再放入还原炉中经过1500℃再次烧结15-24h，冷却后得到发光陶瓷块。经切割后成片状，得到陶瓷蓄光片。
(3)将步骤(2)制备的陶瓷蓄光片经过抛光后，嵌入到不锈钢板中，即得本发明的陶瓷蓄光板。
对上述实施例1-5所制备的陶瓷蓄光板进行检测发现：如图5所示，本发明的陶瓷蓄光板，可以靠吸收太阳光和灯光蓄电，不用耗电，在光线弱的时候就可以自行发光，给蓄电池充电，该蓄光板在光照1小时后，1分钟亮度8000mcd/m2,10分钟发光亮度可达2560mcd/m2,1小时可达450mcd/m2,30小时仍可达10mcd/m2；且可长久重复发光，无毒，无放射性，使用安全环保节能。
以上具体实施方式部分对本发明所涉及的分析方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种陶瓷蓄光板，其特征在于，所述陶瓷蓄光板包括多个陶瓷蓄光片通过阵列排布而成，所述陶瓷蓄光片包括以镧系元素为发光中心的夜光粉颗粒。
2.根据权利要求1所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述夜光粉颗粒包括锶盐、钙盐、钡盐、硼酸、氧化铝、碳酸盐中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述夜光粉颗粒包括CaCO3、SrCO3、BaCO3、Al2O3、Eu2O3、H3BO3和Dy2O3中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述夜光粉颗粒为(Sr1-a-b-x-y,Baa,Cab)4Al14O25:Eux,Dyy的正交结构，其中，a＝0-1,b＝0-1,x＝0.01-0.1,y＝0.01-0.1。
5.根据权利要求1所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述夜光粉颗粒的晶粒粒径为1-10μm，优选地，为1-3μm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述夜光粉颗粒占陶瓷蓄光片质量分数的90-100％。
7.根据权利要求1所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述陶瓷蓄光板厚度为1-2mm。
8.根据权利要求1所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述陶瓷蓄光板是将夜光粉颗粒以乙醇作为介质，经过混合在还原气氛下烧结成分，然后经过等静压压制，再次在还原气氛下烧结，最后经过切割抛光并镶嵌到不锈钢板里，组成陶瓷蓄光片的阵列装置而成。
9.根据权利要求3所述的陶瓷蓄光板，其特征在于，所述Eu2O3和Dy2O3的含量为0.1-5％，H3BO3的含量为0.1-10％。
10.一种太阳能蓄光装置，其特征在于，所述太阳能蓄光装置包括如权利要求1-9任一项所述的陶瓷蓄光板以及太阳能电池板，所述太阳能电池板为市场上可以购买的常规装置。
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| CN1557777A (zh) * | 2004-02-03 | 2004-12-29 | 民 杨 | 一种将荧光粉烧结在陶瓷、玻璃制品表面的工艺 |
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