PL230121B1 - Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie - Google Patents

Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie

Info

Publication number
PL230121B1
PL230121B1 PL408594A PL40859414A PL230121B1 PL 230121 B1 PL230121 B1 PL 230121B1 PL 408594 A PL408594 A PL 408594A PL 40859414 A PL40859414 A PL 40859414A PL 230121 B1 PL230121 B1 PL 230121B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
active material
samarium
producing
single crystal
material according
Prior art date
Application number
PL408594A
Other languages
English (en)
Other versions
PL408594A1 (pl
Inventor
Piotr Paweł Solarz
Radosław Paweł Lisiecki
Witold Ryba-Romanowski
Adam Watras
Marek Berkowski
Michał Marcin Głowacki
Bogusław Janusz Macalik
Przemysław Jacek Dereń
Original Assignee
Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na filed Critical Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na
Priority to PL408594A priority Critical patent/PL230121B1/pl
Publication of PL408594A1 publication Critical patent/PL408594A1/pl
Publication of PL230121B1 publication Critical patent/PL230121B1/pl

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie.
W stanie techniki znane są materiały czynne, w których osnową dla czynnej domieszki z grupy lantanowców są różne ciała stałe o odpowiednich właściwościach strukturalnych, spektralnych i termicznych. Do najbardziej znanych materiałów należy granat itrowo-glinowy Y3A15O12 (YAG) aktywowany jonami Ce3+. Wadą tego materiału jest emisja światła pozbawionego czerwonej komponenty widma (S. Nishiura, S. Tanabe, K. Fujioka, Y. Fujimoto „Properties of transparent Ce:YAG ceramic phosphors for white LED”, Optical Materials, 33 (2011) 688-691; http://dx.doi.org/10.1016Zj.optmat.2010.06.005). Oprócz tego znane są także związki Gd3Ga3AhO12 (GGAG) aktywowane jonami ceru i neodymu (W. Drozdowski, K. Brylew, M.E. Witkowski, A.J. Wojtowicz, P. Solarz, K. Kamada, A. Yoshikawa „Studies of light yield as a function of temperature and low temperature thermoluminescence of Gd3Al2Ga3O12:Ce scintillator crystals”, Optical Materials, 36 (2014) 1665-1669; http://dx.doi.org/10.1016Zj.optmat.2013.12.044; Y. Kuwano, S. Saito „Crystal growth and optical properties of Nd:GGAG”, Journal of Crystal Growth, 92 (1988) 17-22; http://dx.doi.org/10.1016/00220248(88)90427-7. Natomiast właściwości spektroskopowe ośrodka czynnego GGAG zawierającego jony Sm3+, Eu3+, Dy3+, Tb3+, Tm3+, Ho3+, Er3+ nie zostały do tej pory opublikowane.
Dokumenty ze stanu techniki nie rozwiązują skutecznie problemu niskiej wydajności energetycznej źródeł światła, gdzie stosuje się znane ze stanu techniki materiały czynne jako luminofory. Kluczowym powodem niskiej wydajności energetycznej materiałów stosowanych w stanie techniki jest fakt, że stosowane krystality substancji mają wąskie linie spektralne wzbudzenia. Ponieważ promieniowanie diody wzbudzającej ma pewną szerokość spektralną 10-20 nm i dioda posiada dryf temperaturowy, to znaczy w trakcie rozgrzewania się ich linia emisyjna ulega nieznacznemu przesunięciu, zastosowanie krystalitów substancji w źródłach światła wymaga precyzyjnego dopasowania linii absorpcyjnej promieniowania do dryfu temperaturowego diody oraz kontrolowania dryfu temperaturowego, co jest bardzo trudne. Dlatego właśnie wydajność energetyczna źródeł światła opartych o krystality nie jest satysfakcjonująca.
Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie materiału czynnego do wytwarzania luminoforu z domieszką jonów lantanowców, który ma szeroki przedział długości fali wzbudzania, a luminofory wykorzystujące ten materiał czynny posiadają wysoką wydajność energetyczną.
Przedmiotem rozwiązania według wynalazku jest materiał czynny do wytwarzania luminoforów z domieszką jonów lantanowców charakteryzujący się tym, że posiada naturę roztworu stałego, gdzie osnową dla czynnych jonów jest monokryształ o wzorze ogólnym A3BxC5-xO12, w którym:
A oznacza gadolin domieszkowany samarem w ilości od 0,1% do 3%,
B oznacza gal,
C oznacza glin, gdzie x zawiera się pomiędzy 2 a 3.
Dzięki temu, że materiał czynny według wynalazku ma naturę roztworu stałego posiada on poszerzone linie spektralne. Pozwala to na lepszą kontrolę dopasowania linii absorpcyjnej promieniowania do dryfu temperaturowego diody oraz kontrolowania dryfu temperaturowego. Luminofor wykonany z tego materiału emituje niespolaryzowane światło o poszerzonych liniach emisyjnych związanych z naturą osnowy typu roztworu stałego.
Dodatek lantanowców, konkretnie samaru w ilości od 0,1 do 3% atomowych, do struktury monokryształu korzystnie wypływa na właściwości luminescencyjne materiał czynnego.
W zależności od rodzaju składników i warunków wytworzenia materiału czynnego według wynalazku, jego skład chemiczny może wykazywać nieznaczne odstępstwo od stechiometrii.
W przypadku, gdy materiałem czynnym według wynalazku są związki o składzie Gd3Ga3AhO12 i Gd3Ga2Al3O12 zawierające jako domieszkę czynną samar, który posiada efektywne pasmo wzbudzenia przy 405 nm, a główne pasmo emisyjne znajduje się w zakresie czerwonym przy 615 nm. Wydajność energetyczna tego procesu przekracza 40%, co jest wartością korzystną dla emisji w czerwonej części widma i niespotykaną w komercyjnie używanych obecnie materiałach YAG:Ce.
Korzystnie, materiał czynny według wynalazku formuje się w postaci monokryształu, ceramiki, mikro- lub nanokrystalitów albo jako formę amorficzną.
Korzystnie, materiał czynny według wynalazku posiada zdolność wzbudzania w zakresie 200-550 nm.
Materiał czynny według wynalazku można stosować do wytwarzania źródła światła białego, korzystnie w diodach LED jako przetwornik promieniowania wysokoenergetycznego na światło widzialne.
PL 230 121 B1
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym Fig. 1-4 przedstawiają widma krystalitu GGG oraz roztworu stałego według wynalazku GGAG, przy czym:
Fig. 1 przedstawia widma emisji samaru 4G5/2-6H5/2 w kryształach granatów GAGG i GGG, zarejestrowane w T = 5 K,
Fig. 2 przedstawia widma emisji samaru 4G5/2-6H7/2 w kryształach granatów GAGG i GGG, zarejestrowane w T = 5 K,
Fig. 3 przedstawia widma emisji samaru 4G5/2-6H9/2 w kryształach granatów GAGG i GGG, zarejestrowane w T = 5 K,
Fig. 4 przedstawia widma emisji samaru 4G5/2-6Hn/2 w kryształach granatów GAGG i GGG, zarejestrowane w T = 5 K.
Dla obu materiałów dokonano pomiaru widma emisji w temp. 5 K, kiedy linie spektralne są najwęższe. Zarejestrowane widma zawierają się w zakresie 13500 - 17700 cm-1, co przekłada się na skalę w nanometrach na zakres 740-565 nm. Długość fali wzbudzenia wynosiła 405 nm.
Rozdzielczość monochromatora DongWoo Operon model DM711 wynosiła 1 cm-1.
Wynalazek jest przedstawiony bliżej w przykładach wykonania, które nie ograniczają jego zakresu.
P r z y k ł a d 1
Próbka Gd3Ga2AbO12: 1% Sm3+ została przygotowana metodą cytrynianową.
Do syntezy 2 g produktu użyto stechiometrycznych (Gd : Ga : Al : Sm - 2,97 : 2 : 3 : 0,03) ilości następujących odczynników: Gd2O3 99,99%, Ga2O3 99,99%, Al(NO3)3*9H2O 99,999%, Sm2O3 99,99% oraz C6H8O7*H2O 99,5%.
Odważone tlenki gadolinu, galu i samaru dodano do kolby z wodą dejonizowaną, a następnie dodano 30 ml ultraczystego kwasu azotowego (o stężeniu 65%) w celu otrzymania azotanów gadolinu, galu i samaru. Następnie, w celu pozbycia się nadmiaru kwasu azotowego roztwór odparowano, po czym dodano 50 ml wody dejonizowanej i procedurę powtórzono trzykrotnie. W kolejnym etapie do wodnego roztworu azotanów gadolinu, galu i samaru dodano odważony stechiometrycznie azotan glinu, a następnie po jego rozpuszczeniu dodano odważony stechiometrycznie kwas cytrynowy. Tak przygotowany roztwór pozostawiono w temperaturze 110°C do częściowego odparowania wody. W momencie gdy roztwór zgęstniał, przeniesiono go do suszarki, gdzie w temperaturze 80°C przebywał 3 dni. Uzyskaną brązową żywicę, następnie utarto i wygrzano w korundowym tyglu w temperaturze 1100°C przez 3 godziny. W rezultacie otrzymano biały proszek Gd3Ga2AbO12: 1% Sm3+.
Analogicznie przygotowano inne próbki o zmiennym stosunku galu do glinu Gd3GaxAb-xO12.
P r z y k ł a d 2
Otrzymywanie monokryształu Gd3Ga3AbO12: 1% Sm+3.
Materiałami wyjściowymi do wzrostu monokryształów Gd3Ga3AbO12:Sm były tlenki: Gd2O3 (5N), AI2O3 (4N), Ga2O3 (5N) oraz Sm2O3 (4N) w formie proszków. Materiały wyjściowe wyprażono w temp. 1000°C przez 4h, a następnie naważono w proporcjach molowych: Gd2O3 : AI2O3 : Ga2O3 : Sm2O3 wynoszących odpowiednio 3,168 : 1,92 : 2,88 : 0,032. Odważone ilości tlenków dokładnie wymieszano, po czym sprasowano do postaci pastylek. Pastylki poddano syntezie w temp. 1500°C przez 6 h. Tak przygotowany materiał umieszczono w irydowym tyglu osłoniętym ceramiką z ZrO2 oraz AI2O3 i grzano indukcyjnie aż do całkowitego stopienia i homogenizacji rozto pu. Proces wzrostu monokryształów GGAG:Sm metodą Czochralskiego prowadzono w osłonowej atmosferze azotu przy zawartości tlenu w komorze wzrostu poniżej 1%. Zarodzią krystalizacji był pręt irydowy. Stosowano prędkość wyciągania 2,5 mm/h przy 20 obrotach na minutę. Poziom domieszkowania Sm3+ wyniósł 1%.
P r z y k ł a d 3
Badanie porównawcze właściwości krystalitu Gd3Ga5O12 (GGG) ze związkiem według wynalazku Gd3Ga3AbO12 (GGAG), w postaci roztworu stałego Gd3Ga5O12 w GdAbO12 domieszkowanego samarem.
Oba kryształy są izostrukturalne, grupa przestrzenna Ia-3d. Dla krystalitu GGG oraz roztworu stałego według wynalazku GGAG dokonano pomiaru widma emisji w temp. 5 K, kiedy linie spektralne są najwęższe. Widma emisji samaru 4G5/2-6H5/2 w kryształach granatów GAGG i GGG zarejestrowane w temp. T = 5 K zostały przedstawione na figurach rysunku Fig. 1-4.
Dla materiału GGAG według wynalazku zaobserwowano znaczące poszerzenie linii spektralnych, dzięki czemu można w lepszy sposób dopasować linie absorpcyjne promieniowania do dryfu temperaturowego diody oraz kontrolować dryf temperaturowy, uzyskując wysoką wydajność energetyczną luminofora.

Claims (5)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Materiał czynny do wytwarzania luminoforów z domieszką jonów lantanowców, znamienny tym, że posiada naturę roztworu stałego, gdzie osnową dla czynnych jonów jest monokryształ o wzorze ogólnym A3BxC5-xOi2, w którym:
    A oznacza gadolin domieszkowany samarem w ilości od 0,1% do 3% atomowych,
    B oznacza gal,
    C oznacza glin, gdzie x zawiera się pomiędzy 2 a 3.
  2. 2. Materiał czynny według zastrz. 1, znamienny tym, że jest formowany w postaci monokryształu, ceramiki, mikro- lub nanokrystalitów lub amorficznej.
  3. 3. Materiał czynny według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada zdolność wzbudzania w zakresie 200-550 nm.
  4. 4. Zastosowanie materiału czynnego jak zdefiniowano w zastrz. 1 do wytwarzania źródła światła białego.
  5. 5. Zastosowanie według zastrz. 4 jako przetwornika promieniowania wysokoenergetycznego na światło widzialne w diodach LED.
PL408594A 2014-06-17 2014-06-17 Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie PL230121B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL408594A PL230121B1 (pl) 2014-06-17 2014-06-17 Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL408594A PL230121B1 (pl) 2014-06-17 2014-06-17 Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL408594A1 PL408594A1 (pl) 2015-12-21
PL230121B1 true PL230121B1 (pl) 2018-09-28

Family

ID=54887960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL408594A PL230121B1 (pl) 2014-06-17 2014-06-17 Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL230121B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL408594A1 (pl) 2015-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Luminescent properties of LuAG: Ce phosphors with different Ce contents prepared by a sol–gel combustion method
Pardhi et al. Investigation of thermoluminescence and electron-vibrational interaction parameters in SrAl2O4: Eu2+, Dy3+ phosphors
Castaing et al. Hexagonal Sr 1− x/2 Al 2− x Si x O 4: Eu 2+, Dy 3+ transparent ceramics with tuneable persistent luminescence properties
Mugoni et al. Structure and luminescence properties of Dy2O3 doped bismuth-borate glasses
Tang et al. Synthesis, structure and upconversion luminescence of Yb 3+, Ho 3+ co-doped Gd 3 al 5 O 12 Garnet phosphor prepared by the pechini sol–gel method
Orihashi et al. Resonant energy transfer in (Eu 3+, Bi 3+)-codoped CaZrO 3 red-emitting phosphor
Nikl et al. The role of cerium variable charge state in the luminescence and scintillation mechanism in complex oxide scintillators: The effect of air annealing
Santos et al. Radioluminescence emission of YAG: RE laser-sintered ceramics
Gotoh et al. Synthesis of yellow persistent phosphor garnet by mixed fuel solution combustion synthesis and its characteristic
Ma et al. Luminescence property of ZnAl2O4: Cr3+ phosphors co-doped by different cations
Bekker et al. LiBa 12 (BO 3) 7 F 4 (LBBF) crystals doped with Eu 3+, Tb 3+, Ce 3+: structure and luminescence properties
Yin et al. Preparation, crystal structure and up-conversion luminescence of Er 3+, Yb 3+ co-doped Gd 2 (WO 4) 3
Sawada et al. Synthesis and properties of Ca3Ga2Ge3O12: Tb3+ garnet phosphor
Popovici et al. Synthesis and characterisation of terbium activated yttrium tantalate phosphor
Lavat et al. Influence of the preparation route on the optical properties of dosimetric phosphors based on rare‐earth doped polycrystalline strontium borates
He et al. Novel series of quaternary fluoride nanocrystals: room-temperature synthesis and down-shifting/up-converting multicolor fluorescence
EP2397453A1 (en) Method for preparation of synthetic garnets based in luag or yag
Zhou et al. Achieving a Cr 6+-free Cr 3+-activated spinel phosphor by a one-step solid-state reaction
Ruoshan et al. Combustion synthesis and enhanced 1.5 μm emission in Y2O3: Er3+ powders codoped with La3+ ions
Dorzhieva et al. Luminescence of Ln-Zr molybdates
Kumar et al. Role of monovalent co-dopants on the PL emission properties of YAl3 (BO3) 4: Ce3+ phosphor
Misevicius et al. On the sol–gel fabrication and characterization of undoped and cerium-doped Sr4Al14O25
JP4851810B2 (ja) シンチレータ用単結晶材料及び製造方法
PL230121B1 (pl) Materiał czynny do wytwarzania luminoforów oraz jego zastosowanie
Khamaganova et al. Synthesis and thermoluminescence properties of CdB4O7: Tb3+ and CdB4O7: Mn2+