DE202022105194U1 - A system for the synthesis of KMgSO4Cl nanocrystallites - Google Patents
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Abstract
Ein System zur Synthese von KM9SO4Cl-Nanokristalliten, wobei das System umfasst:
eine Reaktionskammer zur Behandlung von KCI und MgSO4, die zu einem kationisch-anionischen Prozess unter Verwendung von H2O führt, um eine Wechselwirkung zwischen kationischen (K+, H+ und Mg+) und anionischen (S-, O- und Cl-) Ionen zu ermöglichen, die zu einem ladungskompensierten Aggregat führt;
eine Heizeinheit zum Verdampfen von H2O unter Verwendung der angelegten Temperatur und der Rekombination von K+, Mg+, S-, O- und Cl-, was zur Bildung von KMgSO4Cl-Nanokristalliten führt; und
ein Bruker-Röntgendiffraktometer zur Charakterisierung der resultierenden Pulverprobe auf ihre Phasenreinheit und Kristallinität durch Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD).
A system for synthesizing KM 9 SO 4 Cl nanocrystallites, the system comprising:
a reaction chamber for the treatment of KCl and MgSO 4 leading to a cationic-anionic process using H 2 O to generate an interaction between cationic (K + , H + and Mg + ) and anionic (S - , O - and Cl - ) to allow ions, which leads to a charge-compensated aggregate;
a heating unit to evaporate H 2 O using the applied temperature and the recombination of K + , Mg + , S - , O - and Cl- resulting in the formation of KMgSO 4 Cl nanocrystallites; and
a Bruker X-ray diffractometer to characterize the resulting powder sample for its phase purity and crystallinity by X-ray powder diffraction (XRD).
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf die Nanoarchitektur zur Synthese von Nanokristalliten, genauer gesagt auf ein System zur Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten.The present disclosure relates to the nanoarchitecture for the synthesis of nanocrystallites, more specifically to a system for the synthesis of KMgSO 4 Cl nanocrystallites.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die Entwicklung von Thermolumineszenz-Dosimetern (TLD) und der zugehörigen Nanoarchitektur ist aufgrund von Umwelt- und Gesundheitsfragen eine wichtige globale Herausforderung. Zu den nachhaltigen TLD-Materialien gehören mit seltenen Erden dotierte Fluoride, Borate, Oxide und Sulfate. Von diesen sind Sulfate als TLD-Leuchtstoffe aufgrund ihrer umfangreichen Anwendungen in der persönlichen Strahlungsüberwachung und als herausragendes Photolumineszenzmaterial bekannt. In den letzten Jahrzehnten wurden Methoden der Nanoarchitektur für persönliche Strahlungsüberwachungssysteme entwickelt und stießen auf zunehmendes Interesse, um die durch gefährliche Strahlung verursachten Gesundheitsprobleme zu lösen. Die Defekte und Farbzentren in TLD-Materialien entstehen durch Bestrahlung, wobei die Dotierungsionen als Einfangzentren für Elektronen und Löcher fungieren.The development of thermoluminescent dosimeters (TLD) and the associated nanoarchitecture is an important global challenge due to environmental and health issues. Sustainable TLD materials include rare earth-doped fluorides, borates, oxides, and sulfates. Of these, sulfates are known as TLD phosphors because of their extensive applications in personal radiation monitoring and as an outstanding photoluminescent material. In recent decades, nanoarchitectural methods for personal radiation monitoring systems have been developed and attracted increasing interest to solve the health problems caused by hazardous radiation. The defects and color centers in TLD materials are formed by irradiation, with the dopant ions acting as electron and hole traps.
Sobald die thermische Energie den bestrahlten Materialien zugeführt wird, kommt es aufgrund der Rekombination von Elektronen und Löchern in den Einfangzentren zu sichtbarem Licht, dem so genannten ThermoLumineszenz (TL)-Glimmpeak. Die TL-Leistung hängt von verschiedenen Parametern ab, z. B. von der Art des Wirtsgitters, der Bestrahlungsquelle, der Morphologie, den Dotierionen, der Bildung von Defektzentren, Farbzentren und Einfangstellen usw. Die wertvollen Informationen, die für die Umwandlung der Speicherenergie des Kristallits in TL-Glimmspitzen verantwortlich sind, werden durch kinetische Parameter dargestellt, die zur Art des TL-Spektrums führen. Die CaSO4:Dy- und CaSO4:Tm-TL-Dosimeter gehören zur Familie der sulfatbasierten Leuchtstoffe, die aufgrund ihrer Nützlichkeit und geringen Kosten in großem Umfang für Anwendungen in der Menschheit eingesetzt werden. Die Kristallite K2Ca2(SO4)3:Eu, K3Na(SO4)2:Eu und LiNaSO4:Eu sind ebenfalls als hochempfindliche TL-Dosimeter bekannt.As soon as the thermal energy is applied to the irradiated materials, visible light, the so-called ThermoLuminescence (TL) glow peak, occurs due to the recombination of electrons and holes in the capture centers. The TL performance depends on various parameters, e.g. on the nature of the host lattice, the irradiation source, the morphology, the dopant ions, the formation of defect centers, color centers and trap sites, etc. The valuable information responsible for the conversion of the crystallite's storage energy into TL glows is conveyed by kinetic parameters are shown leading to the nature of the TL spectrum. The CaSO 4 :Dy and CaSO 4 :Tm TL dosimeters belong to the family of sulfate-based phosphors, which are widely used in human applications due to their utility and low cost. The crystallites K 2 Ca 2 (SO 4 ) 3 :Eu, K 3 Na(SO 4 ) 2 :Eu and LiNaSO 4 :Eu are also known to be highly sensitive TL dosimeters.
Außerdem wird berichtet, dass K2SO4-Na2SO4: Eu-Leuchtstoffe auf Sulfatbasis empfindlichere TL-Dosimeter sind als die bekannten CaSO4:Dy-Leuchtstoffe. Die einzigartigen TL-Eigenschaften von K2SO4-Na2SO4:Eu sind darauf zurückzuführen, dass es im Vergleich zu CaSO4:Dy TL-Dosimetern bei der Bestrahlung zur Bildung von Defektzentren, Farbzentren und Einfangstellen geeignet ist. Der Zusatz von Halogenidionen in Sulfatkristalliten ist als Halosulfat bekannt. Der erste Halosulfatkristallit, nämlich Na6Ca4(SO4)6F2, wurde 1939 beschrieben und ebnete den Weg für die Entwicklung der Halosulfatfamilie. Die detaillierte PL- und TL-Studie der mit Seltenen Erden dotierten Halosulfat-Leuchtstoffe Na6Pb4(SO4)6Cl2, Na6Cd4(SO4)6Cl2, Na6·45Ca3·55(SO4)6(FxCl1-x)1.55, Na3(SO4)F und NaMg(SO4)F wurde bereits untersucht und berichtet. Eine kurze TL- und PL-Analyse von mit Seltenerdionen dotierten KZnSO4Cl- und KMgSO4Cl-Leuchtstoffen wurde von unserer Gruppe bereits früher veröffentlicht. Neben den TL- und PL-Eigenschaften ist die Besetzung des Dotierstoff-Ions in der Oxidationsstufe +3 oder +2 im gesamten Leuchtstoff ein wichtiger Parameter, der über die resultierende Lichtleistung entscheidet. Andererseits ist auch festzustellen, dass die Eu(II)-Oxidationsstufe der Dotierstoff-Ionen zu einer besseren Lichtausbeute führt. Das Vorhandensein von Eu(II) oder Eu(III) in den Wirtskristalliten in Form von verunreinigten Verunreinigungen oder aufgrund eines Ladungsausgleichs durch ein Sauerstoffion an der Chlorstelle ist Gegenstand eingehender Untersuchungen.In addition, it is reported that sulfate-based K 2 SO 4 -Na 2 SO 4 :Eu phosphors are more sensitive TL dosimeters than the known CaSO 4 :Dy phosphors. The unique TL properties of K 2 SO 4 -Na 2 SO 4 :Eu are due to its ability to form defect centers, color centers and traps upon irradiation compared to CaSO 4 :Dy TL dosimeters. The addition of halide ions to sulfate crystallites is known as halosulfate. The first halosulfate crystallite, Na 6 Ca 4 (SO 4 ) 6 F 2 , was reported in 1939 and paved the way for the development of the halosulfate family. The detailed PL and TL study of the rare earth-doped halosulfate phosphors Na 6 Pb4(SO4)6Cl 2 , Na 6 Cd4(SO4)6Cl 2 , Na 6 45 Ca 3 55 (SO 4 ) 6 (F x Cl 1-x ) 1.55 , Na 3 (SO 4 )F, and NaMg(SO 4 )F have been studied and reported previously. A brief TL and PL analysis of rare earth ion-doped KZnSO 4 Cl and KMgSO 4 Cl phosphors was previously published by our group. In addition to the TL and PL properties, the occupancy of the dopant ion in the oxidation state +3 or +2 in the entire phosphor is an important parameter that determines the resulting light output. On the other hand, it can also be seen that the Eu(II) oxidation level of the dopant ions leads to better light yield. The presence of Eu(II) or Eu(III) in the host crystallites in the form of impure impurities or due to charge balancing by an oxygen ion at the chlorine site is the subject of extensive investigation.
In dieser Studie wurde ein blau-rot leuchtender KMgSO4Cl:Eu2+,3+ Leuchtstoff mit Hilfe einer nasschemischen Methode hergestellt und das Konzept der Nanoarchitektur hinter der Herstellung von Nanostrukturen erläutert. Die grundlegenden Photolumineszenz- (PL) und Thermolumineszenz- (TL) Eigenschaften wurden unter Bezugnahme auf unseren früheren Bericht beschrieben. Das Vorhandensein von Oxidationszuständen des Eu-Ions wurde mit Hilfe der XPS-Analyse überwacht. Die systematische TL-Reaktion, die kinetischen Parameter und der Fading-Effekt des mit γ-Strahlen bestrahlten KMgSO4Cl:Eu3+,2+ Leuchtstoffs wurden untersucht und hier berichtet. Die detaillierten kinetischen TL-Parameter wie geometrische Faktoren (µg), Aktivierungsenergien/Fallentiefe (E) und Frequenzfaktor (s) von mit Gamma-γ-Strahlen bestrahlten KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoffen wurden mit Hilfe der Chen-Peakform-Methode, der Ilich-Methode bzw. der Initial Rise-Methode dargestellt. Das Fading-Verhalten des KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoffs nach γ-Strahlenbestrahlung wurde ebenfalls dargestellt. Der korrelierte TL- und PL-Mechanismus wurde ebenfalls dargestellt, um die erhaltenen Ergebnisse zu unterstützen.In this study, a blue-red luminescent KMgSO 4 Cl:Eu 2+,3+ phosphor was prepared using a wet chemical method and the concept of nanoarchitecture behind the fabrication of nanostructures was explained. The basic photoluminescence (PL) and thermoluminescence (TL) properties have been described with reference to our previous report. The presence of oxidation states of the Eu ion was monitored using XPS analysis. The systematic TL response, kinetic parameters, and fading effect of the γ-irradiated KMgSO 4 Cl:Eu 3+,2+ phosphor have been studied and reported here. The detailed TL kinetic parameters such as geometric factors (µg), activation energies/trap depth (E), and frequency factor (s) of gamma-γ-irradiated KMgSO 4 Cl:Eu phosphors were determined using the Chen peak shape method, the Ilich method or the initial rise method. The fading behavior of the KMgSO 4 Cl:Eu phosphor after γ-ray irradiation was also shown. The correlated TL and PL mechanism was also presented to support the results obtained.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein System zur Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten benötigt wird.In view of the above, it is clear that a system for the synthesis of KMgSO 4 Cl nanocrystallites is needed.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenlegung zielt darauf ab, ein System für die Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten mit Hilfe eines nasschemischen Verfahrens bereitzustellen.The present disclosure aims to provide a system for the synthesis of KMgSO 4 Cl-Nano to provide crystallites using a wet-chemical process.
In einer Ausführungsform wird ein System zur Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten offenbart. Das System umfasst eine Reaktionskammer zur Behandlung von KCl und MgSO4, was zu einem kationisch-anionischen Prozess unter Verwendung von H2O führt, um die Wechselwirkung von kationischen (K+, H+ und Mg+) und anionischen (S-, O- und Cl-) Ionen zu ermöglichen, was zu einem ladungskompensierten Aggregat führt. Das System umfasst ferner eine Heizeinheit zur Verdampfung von H2O unter Verwendung der angelegten Temperatur und der Rekombination von K+, Mg+, S-, O- und Cl-, was zur Bildung von KMgSO4Cl-Nanokristalliten führt. Das System umfasst außerdem ein Bruker-Röntgendiffraktometer zur Charakterisierung der resultierenden Pulverprobe hinsichtlich ihrer Phasenreinheit und Kristallinität durch Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD).In one embodiment, a system for synthesizing KMgSO 4 Cl nanocrystallites is disclosed. The system includes a reaction chamber for treating KCl and MgSO 4 , resulting in a cationic-anionic process using H 2 O to induce the interaction of cationic (K + , H + and Mg + ) and anionic (S - , O - and Cl - ) ions, resulting in a charge-compensated aggregate. The system further includes a heating unit to vaporize H 2 O using the applied temperature and the recombination of K + , Mg + , S - , O - and Cl - , resulting in the formation of KMgSO 4 Cl nanocrystallites. The system also includes a Bruker X-ray diffractometer to characterize the resulting powder sample in terms of its phase purity and crystallinity by X-ray powder diffraction (XRD).
In einer anderen Ausführungsform leistet die Interaktion der für die nanoskaligen Bereiche spezifischen Molekularfedern einen unverzichtbaren Beitrag zum Materialaufbau.In another embodiment, the interaction of the molecular springs specific to the nanoscale areas makes an indispensable contribution to the structure of the material.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet eine Bottom-up-Montagemethode vorzugsweise einen nicht energieaufwendigen selbstorganisierten Prozess zur Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten, wobei das Konzept der Nanoarchitektur-Selbstmontage für die Synthese von KMgSO4Cl- und KMgSO4Cl:Eu-Leuchtstoff unter Verwendung der nasschemischen Methode verwendet wird.In another embodiment, a bottom-up assembly method preferably involves a low-energy self-assembled process for the synthesis of KMgSO 4 Cl nanocrystallites, using the concept of nanoarchitectural self-assembly for the synthesis of KMgSO 4 Cl and KMgSO 4 Cl:Eu phosphor Using the wet chemical method is used.
In einer anderen Ausführungsform beträgt die durchschnittliche Aktivierungsenergie (Eavg), die mit der Chen-Peakform-Methode, der Initial-Rise-Methode und der Ilich-Methode für mit γ-Strahlen bestrahlte KMgSO4Cl:Eu-Nanokristallite berechnet wurde, 0.89, 1.10 und 0.98 eV für 450 K (d. h. Peak-1), 486 K (d. h. Peak-2) und 542 K (d. h. Peak-3) GCD-Peaks, wobei die geschätzten Fallenniveaus bei 0.89, 1.10 und 0.98 eV für die Art der TL-Glühkurve verantwortlich sind.In another embodiment, the average activation energy (E avg ) calculated by the Chen peakform method, the initial rise method and the Ilich method for γ-ray irradiated KMgSO 4 Cl:Eu nanocrystallites is 0.89 , 1.10, and 0.98 eV for 450 K (i.e., peak-1), 486 K (i.e., peak-2), and 542 K (i.e., peak-3) GCD peaks, with the estimated trap levels at 0.89, 1.10, and 0.98 eV for the species are responsible for the TL glow curve.
Ein Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Entwicklung der Nanoarchitektur, eines Konzepts zur Selbstmontage für die Synthese von Nanokristalliten.A goal of the present disclosure is the development of nanoarchitecture, a self-assembly concept for the synthesis of nanocrystallites.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Bestätigung der Bildung von KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoff mit der Symmetrieklasse der monoklinen-β-Struktur mit der Raumgruppe C2/m.Another object of the present disclosure is to confirm the formation of KMgSO 4 Cl:Eu phosphor with the symmetry class of monoclinic β structure with space group C2/m.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein schnelles und kostengünstiges System zur Synthese des KMgSO4Cl: Eu1m%-Leuchtstoffs mit Hilfe der nasschemischen Methode bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide a rapid and inexpensive system for the synthesis of the KMgSO 4 Cl:Eu 1m% phosphor using the wet-chemical method.
Zur weiteren Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.In order to further clarify the advantages and features of the present disclosure, a more detailed description of the invention is provided by reference to specific embodiments that are illustrated in the accompanying figures. It is understood that these figures represent only typical embodiments of the invention and therefore should not be considered as limiting the scope of the invention. The invention will be described and illustrated with additional specificity and detail with the accompanying figures.
Figurenlistecharacter list
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:
-
1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; -
2 das Röntgenbeugungsmuster eines KMgSO4Cl-Kristallits gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; -
3 eineTabelle 1 mit geschätzten kinetischen Parametern unter Verwendung der Chen-Peakform-Methode für mit γ-Strahlen bestrahlten KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; -
4 eineTabelle 2 mit geschätzten kinetischen Parametern unter Verwendung der Initial Rise-Methode für mit γ-Strahlen bestrahlten KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und -
5 eineTabelle 3 mit geschätzten kinetischen Parameter eines mit γ-Strahlung bestrahlten KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung nach der Methode von Ilich zeigt.
-
1 Figure 12 shows a block diagram of a system for synthesizing KMgSO 4 Cl nanocrystallites in accordance with an embodiment of the present disclosure; -
2 Figure 12 shows the X-ray diffraction pattern of a KMgSO 4 Cl crystallite according to an embodiment of the present disclosure; -
3 Table 1 shows estimated kinetic parameters using Chen peakform method for γ-ray irradiated KMgSO 4 Cl:Eu phosphor according to an embodiment of the present disclosure; -
4 Table 2 shows estimated kinetic parameters using the initial rise method for γ-ray irradiated KMgSO 4 Cl:Eu phosphor according to an embodiment of the present disclosure; and -
5 Figure 3 shows Table 3 with estimated kinetic parameters of a γ-irradiated KMgSO 4 Cl:Eu phosphor according to an embodiment of the present disclosure according to the method of Ilich.
Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.Those skilled in the art will understand that the elements in the figures are presented for simplicity and are not necessarily drawn to scale. For example, the flow charts illustrate the method of key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. Furthermore, one or more components of the device may be represented in the figures by conventional symbols, and the figures show only the specific details relevant to the understanding of the embodiments of the present disclosure in order to provide the Not to overload figures with details that are readily apparent to those skilled in the art familiar with the present description.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.For the purposes of promoting an understanding of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the figures and specific language will be used to describe the same. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended, and such alterations and further modifications to the illustrated system and such further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would occur to those skilled in the art invention would normally come to mind.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.Those skilled in the art will understand that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be limiting.
Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.When this specification refers to "an aspect," "another aspect," or the like, it means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is present in at least one embodiment included in the present disclosure. Therefore, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may or may not all refer to the same embodiment.
Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.The terms "comprises," "including," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion such that a method or method that includes a list of steps includes not only those steps, but may also include other steps that are not expressly stated or pertaining to any such process or method. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by "comprises...a" does not, without further limitation, exclude the existence of other devices or other subsystem or other element or other structure or other component or additional device or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.Embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the attached figures.
In
In einer Ausführungsform ist eine Heizeinheit 104 an die Reaktionskammer 102 gekoppelt, um H2O unter Verwendung der angelegten Temperatur und der Rekombination von K+, Mg+ S-, O- und Cl- zu verdampfen, was zur Bildung von KMgSO4Cl-Nanokristalliten führt.In one embodiment, a
In einer Ausführungsform befindet sich ein Bruker-Röntgendiffraktometer 106 in Verbindung mit der Heizeinheit 104 zur Charakterisierung der resultierenden Pulverprobe hinsichtlich ihrer Phasenreinheit und Kristallinität durch Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD).In one embodiment, a
In einer anderen Ausführungsform leistet die Interaktion der für die nanoskaligen Bereiche spezifischen Molekularfedern einen unverzichtbaren Beitrag zum Materialaufbau.In another embodiment, the interaction of the molecular springs specific to the nanoscale areas makes an indispensable contribution to the structure of the material.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet eine Bottom-up-Montagemethode vorzugsweise einen nicht energieaufwendigen selbstorganisierten Prozess zur Synthese von KM9SO4Cl-Nanokristalliten, wobei das Konzept der Nanoarchitektur-Selbstmontage für die Synthese von KMgSO4Cl- und KMgSO4Cl:Eu-Leuchtstoff unter Verwendung der nasschemischen Methode verwendet wird.In another embodiment, a bottom-up assembly method preferably involves a low-energy self-assembled process for the synthesis of KM 9 SO 4 Cl nanocrystallites, using the concept of nanoarchitectural self-assembly for the synthesis of KMgSO 4 Cl- and KMgSO 4 Cl:Eu- Phosphor using the wet chemical method is used.
In einer anderen Ausführungsform beträgt die durchschnittliche Aktivierungsenergie (Eavg), die mit der Chen-Peakform-Methode, der Initial-Rise-Methode und der Ilich-Methode für mit γ-Strahlen bestrahlte KMgSO4Cl :Eu-Nanokristallite berechnet wurde, 0.89, 1.10 und 0.98 eV für 450 K (d. h. Peak-1), 486 K (d. h. Peak-2) und 542 K (d. h. Peak-3) GCD-Peaks, wobei die geschätzten Fallenniveaus bei 0.89, 1.10 und 0.98 eV für die Art der TL-Glühkurve verantwortlich sind.In another embodiment, the average activation energy (Eavg) calculated by the Chen peakform method, the initial rise method, and the Ilich method for γ-ray irradiated KMgSO 4 Cl :Eu nanocrystallites is 0.89, 1.10 and 0.98 eV for 450 K (i.e. peak-1), 486 K (i.e. peak-2) and 542 K (i.e. peak-3) GCD peaks, with the estimated trap levels at 0.89, 1.10 and 0.98 eV for the type of TL glow curve are responsible.
KMgSO4Cl-Leuchtstoffe (rein und mit Eu dotiert) werden mit Hilfe der nasschemischen Methode hergestellt. Das detaillierte Syntheseverfahren ist in unserer Referenz aufgeführt. Die chemische Reaktion für die Synthese von KMgSO4Cl und KMgSO4Cl:Eu ist in Gleichung 1 bzw. Gleichung 2 angegeben.
Das Konzept der Nanoarchitektur wurde erstmals im Jahr 2000 von Masakaza Aono vorgeschlagen. Die Gestaltung von Funktionsmaterialien mit Hilfe von Einheiten im Nanomaßstab auf der Grundlage des Prinzips der Nanotechnologie wird als Nanoarchitektur bezeichnet. Die Herstellung von Funktionsmaterialien durch Nanoarchitektur erfolgt in mehreren Schritten, darunter die Molekularsynthese. In diesem Fall wurde die nasschemische Methode für die Synthese von KMgSO4Cl und KMgSO4Cl : Eu-Leuchtstoff verwendet. Bei der nasschemischen Methode handelt es sich um einen Selbstorganisationsprozess, der auf einem Gleichgewicht beruht und in unserem Fall eine symmetrische und einheitliche Struktur erzeugt. Für die Synthese des KMgSO4Cl-Leuchtstoffs werden die Rohstoffe KCl, MgSO4, H2O und EuSO4 verwendet. Der Prozess beinhaltet die Wechselwirkung von kationischen (K+, H+ und Mg+) und anionischen (S-, O- und Cl-) Ionen, was zu einem ladungsausgleichenden Aggregat führt. H2O wird verwendet, um KCl- und MgSO4-Kristallite aufzulösen, die eine homogene Lösung bilden, was zu einem kationisch-anionischen Prozess führt. Die Interaktion der molekularen Federn, die für die nanoskaligen Bereiche spezifisch sind, leistet einen unverzichtbaren Beitrag zum Materialaufbau. Das H2O wird unter Anwendung der Temperatur verdampft und die Rekombination von K+, Mg+, S-, O- und Cl- führt zum Aufbau von KMgSO4Cl-Nanokristalliten. Diese Methode wird als Bottom-up-Montage bezeichnet und ist im Grunde ein nicht energieaufwändiger selbstorganisierter Prozess. Daher sind die Methoden der Nanoarchitektur vorteilhaft für die Herstellung hierarchischer Materialstrukturen aus verschiedenen Nanobausteinen. Die Nanoarchitektur ist ein Selbstorganisationskonzept für die Synthese von KMgSO4Cl und KMgSO4Cl: Eu-Leuchtstoff mit Hilfe der nasschemischen Methode.The concept of nanoarchitecture was first proposed by Masakaza Aono in 2000. The design of functional materials using nanoscale units based on the principle of nanotechnology is called nanoarchitecture. The production of functional materials through nanoarchitecture takes place in several steps, including molecular synthesis. In this case, the wet-chemical method was used for the synthesis of KMgSO 4 Cl and KMgSO 4 Cl:Eu phosphor. The wet chemical method is a self-assembly process based on an equilibrium, which in our case produces a symmetrical and uniform structure. The raw materials KCl, MgSO 4 , H 2 O and EuSO 4 are used for the synthesis of the KMgSO 4 Cl phosphor. The process involves the interaction of cationic (K + , H + and Mg + ) and anionic (S - , O - and Cl - ) ions, resulting in a charge-balancing aggregate. H 2 O is used to dissolve KCl and MgSO 4 crystallites forming a homogeneous solution resulting in a cationic-anionic process. The interaction of the molecular springs, which are specific for the nanoscale areas, makes an indispensable contribution to the structure of the material. The H 2 O is vaporized using the temperature and the recombination of K + , Mg + , S - , O - and Cl - leads to the assembly of KMgSO 4 Cl - nanocrystallites. This method is called bottom-up assembly and is basically a non-energy consuming self-organized process. Therefore, the methods of nanoarchitecture are advantageous for fabricating hierarchical material structures from different nanobuilding blocks. The nanoarchitecture is a self-assembly concept for the synthesis of KMgSO 4 Cl and KMgSO 4 Cl:Eu phosphor using the wet chemical method.
Methoden zur CharakterisierungCharacterization methods
Die resultierende Pulverprobe wird durch Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD) mit einem Bruker-Röntgendiffraktometer 106 auf ihre Phasenreinheit und Kristallinität untersucht. Die Morphologieanalyse wird mit einer PHI 700 Nano Scanning Auger Elektronenmikrosonde (NanoSAM) durchgeführt. Die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) zur Bestimmung der einzelnen Elemente der resultierenden Pulverprobe wird mit dem Rasterelektronenmikroskop SSX-550 von Shimadzu durchgeführt. Die PL-Analyse wird mit einem Carry-Eclipse-Spektrophotometer bei Raumtemperatur unter Verwendung einer monochromatisierten Xenon-Blitzlampe als Anregungsquelle aufgezeichnet. Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wird mit einem PHI 5000 VersaProbe-Spektrometer unter Verwendung einer monochromatischen Al-Ka-Strahlungsquelle gemessen. TL-Glühkurven werden mit einem Nucleonix Integrated Thermoluminescence Reader TLD10091 aufgezeichnet, nachdem die Proben bei Raumtemperatur mit γ-Strahlen aus einer 60Co-Quelle mit einer Rate von 0.995 kGy/h bestrahlt wurden. Die Heizrate von 2°C/s wird während der TL-Messung beibehalten. Die TL-Glühkurve von handelsüblichem TLD-CaSO4:Dy wird zum Vergleich ebenfalls unter identischen Bedingungen aufgezeichnet.The resulting powder sample is analyzed for phase purity and crystallinity by X-ray powder diffraction (XRD) using a
Der KMgSO4Cl:Eu-Leuchtstoff wurde mit Hilfe einer nasschemischen Methode synthetisiert, und das Konzept der Nanoarchitektur, das hinter der Herstellung der Nanostrukturen steht, wurde erläutert. Die Bildung der Verbindung wurde mit Hilfe der Röntgenbeugungsanalyse (XRD) und das Vorhandensein einzelner Elemente mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) nachgewiesen. Die kugelförmige, aber facettierte, hochgradig agglomerierte Morphologie der KMgSO4Cl-Nanokristallite wurde durch die NanoSAM-Analyse nachgewiesen. Der Wert der Bandlücke (Eg) von KMgSO4Cl wurde anhand der Analyse des diffusen Reflexionsspektrums mit 3.4±0.1 eV angegeben. Die Photolumineszenz (PL)-Analyse zeigt, dass Eu sowohl in der zweiwertigen (Eu2+) als auch in der dreiwertigen (Eu3+) Oxidationsstufe vorhanden ist. Die beiden Oxidationsstufen wurden mit Hilfe der XPS-Analyse als EuCl2+ und EuCl3+Spezies nachgewiesen, im Wesentlichen als Eu(II)- bzw. Eu(III)-Oxidationsstufen. Die TL-Glühkurve besteht aus einer breiten Hauptbande bei 450 K und einem kleinen Peak bei 542 K. Die TL-Glühkurve wurde dekonvolutiert, um die kinetischen Parameter und die quasi-kontinuierliche Verteilung der Fallenniveaus zu berechnen. Die kinetischen Parameter der TL-Glühkurve wurden mit Hilfe der Chen-Peakform-Methode, der Ilich-Methode bzw. der Methode des anfänglichen Anstiegs geschätzt. Die Fading-Reaktion zeigt, dass die TL-Intensität während der 30-tägigen Lagerungszeit auf 25-30 % reduziert wurde.The KMgSO 4 Cl:Eu phosphor was synthesized using a wet-chemical method, and the nanoarchitectural concept behind the fabrication of the nanostructures was explained. Compound formation was demonstrated using X-ray diffraction analysis (XRD) and the presence of individual elements using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The spherical but faceted, highly agglomerated morphology of the KMgSO 4 Cl nanocrystallites was verified by NanoSAM analysis. The band gap (Eg) value of KMgSO 4 Cl was found to be 3.4±0.1 eV from analysis of the diffuse reflectance spectrum. Photoluminescence (PL) analysis shows that Eu is present in both the divalent (Eu 2+ ) and trivalent (Eu 3+ ) oxidation states. The two oxidation states were detected by XPS analysis as EuCl 2+ and EuCl 3+ species, essentially as Eu(II) and Eu(III) oxidation states, respectively. The TL glow curve consists of a broad main band at 450 K and a small peak at 542 K. The TL glow curve was deconvoluted to calculate the kinetic parameters and the quasi-continuous distribution of the trap levels. The kinetic parameters of the TL glow curve were estimated using the Chen peak form method, the Ilich method, and the initial slope method, respectively. The fading response shows that the TL intensity was reduced to 25-30% during the 30 day storage period.
Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.The figures and the preceding description give examples of embodiments. Those skilled in the art will understand that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart need not be performed in the order shown; Also, not all actions have to be carried out. Also, the actions that are not dependent on other actions can be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicitly mentioned in the description or not, e.g. B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated in the following claims.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. However, the benefits, advantages, problem solutions, and components that can cause an advantage, benefit, or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as a critical, required, or essential feature or component of any or all claims.
Bezugszeichenlistereference list
- 100100
- Ein System zur Synthese von KMgSO4Cl-Nanokristalliten.A system for the synthesis of KMgSO4Cl nanocrystallites.
- 102102
- Reaktionskammerreaction chamber
- 104104
- Heizeinheitheating unit
- 106106
- Bruker-RöntgendiffraktometerBruker X-ray diffractometer
Claims (4)
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-
2022
- 2022-09-14 DE DE202022105194.1U patent/DE202022105194U1/en active Active
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---|---|---|---|
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R082 | Change of representative |
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