RU2674667C1 - Люминесцирующая стеклокерамика - Google Patents
Люминесцирующая стеклокерамика Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674667C1 RU2674667C1 RU2017144226A RU2017144226A RU2674667C1 RU 2674667 C1 RU2674667 C1 RU 2674667C1 RU 2017144226 A RU2017144226 A RU 2017144226A RU 2017144226 A RU2017144226 A RU 2017144226A RU 2674667 C1 RU2674667 C1 RU 2674667C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- ceramics
- luminescence
- luminescent glass
- transparent glass
- Prior art date
Links
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 10
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YIXZUOWWYKISPQ-UHFFFAOYSA-N ATTO 565 para-isomer Chemical compound [O-]Cl(=O)(=O)=O.C=12C=C3CCC[N+](CC)=C3C=C2OC=2C=C3N(CC)CCCC3=CC=2C=1C1=CC(C(O)=O)=CC=C1C(O)=O YIXZUOWWYKISPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N endosulfan Chemical compound C12COS(=O)OCC2C2(Cl)C(Cl)=C(Cl)C1(Cl)C2(Cl)Cl RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000002165 resonance energy transfer Methods 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 1
- 239000004054 semiconductor nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам. Люминесцирующая стеклокерамика, содержащая следующие компоненты, мас.%: Li2O 0,03-2,94; Na2O 0,06-5,77; Ga2O3 26,5-53,5; SiO2 9,9-17,3; GeO2 31,2-54,1; TiO2 сверх 100% 0,04-3,9. Технический результат заключается в получение прозрачной стеклокерамики на основе фазы γ-Ga2O3, спектральное распределение свечения которой близко к таковому для стандартных источников света серии «D». 5 пр., 2 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам, в частности к прозрачной люминесцирующей стеклокерамике, которая может использоваться в качестве преобразователя УФ-С излучения в квазибелый свет.
Выделение в объеме стекла широкозонных полупроводниковых нанокристаллов, в частности обращенной шпинели γ-Ga2O3, позволяет получать прозрачную стеклокерамику, люминесцирующую в видимой области. При возбуждении излучением УФ-С диапазона спектр люминесценции этой стеклокерамики представляет собой суперпозицию УФ, синей и зеленой полос с максимумами при ~350, 460 и 530 нм. Наблюдаемое рекомбинационное свечение обусловлено собственными дефектами фазы γ-Ga2O3, выступающими в качестве доноров и акцепторов [1]. Изменение их количества и соотношения за счет легирования нанокристаллов γ-Ga2O3 гетеровалентными примесями, позволяет управлять спектральным распределением люминесценции стеклокерамики. В работах [2, 3] показана возможность создания светодиода белого свечения на основе квантовых точек γ-Ga2O3 с родамином В или красителем ATTO565. При возбуждении УФ излучением диода люминесцируют не только нанокристаллы, но и лиганды за счет безызлучательной передачи к ним энергии возбуждения от γ-Ga2O3. Результирующее от них свечение имеет белый цвет, однако, стабильность и длительность службы таких гибридных структур, очевидно, крайне низка.
Наиболее близким аналогом к заявляемому материалу является прозрачная стеклокерамика состава (мас. %) (0,03-3,02)Li2O-(0,08-6,07)Na2O-(27,9-52,5)Ga2O3-(15,4-25,5)SiO2-(26,8-44,4)GeO2 [4]. Недостатком прототипа является относительно узкая (Δλ≈150 нм) бесструктурная полоса люминесценции с максимумом (≈460 нм) в синей области спектра. Это не позволяет использовать известный материал для преобразования УФ-С излучения в квазибелый свет без применения дополнительных источников излучения.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка прозрачной стеклокерамики, содержащей легированные TiO2 нанокристаллы γ-Ga2O3, спектральное распределение свечения которой близко к таковому для стандартных источников света серии «D».
Технический результат достигается составом стекла, включающего Li2O, Na2O, Ga2O3, SiO2, GeO2 и TiO2 при следующем соотношении компонентов (мас. %):
Li2O 0,03-2,94
Na2O 0,06-5,77
Ga2O3 26,5-53,5
SiI2 9,9-17,3
GeO2 31,2-54,1
TiO2 0,04-3,9 сверх 100%
Изменение концентрации вышеуказанных оксидов в заявляемых пределах не влияет на состав первично выделяющейся кристаллической фазы, а только на отношение амплитуд гауссовых компонент для рассматриваемой полосы люминесценции, интегральную интенсивность свечения заявляемой стеклокерамики и склонность исходного стекла к кристаллизации.
В таблице 1 представлен ряд составов синтезированных стекол, на основе которых получены стеклокристаллические материалы.
Режимы термообработок, соотношение гауссовых компонент для рассматриваемой полосы, определяющее цвет свечения, цветовые координаты и коэффициент пропускания (при λ=580 нм для образцов толщиной 1 мм) полученных образцов стеклокерамики представлены в Таблице 2.
Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.
Пример 1
Готовят шихту для синтеза стекла №1. Исходные материалы SiO2, GeO2, TiO2 марки «ос. ч.», Ga2O3, Li2CO3, Na2CO3 марки «х.ч.» взвешивают на аналитических весах и смешивают в требуемом соотношении. Варку стекла осуществляют в электрических печах сопротивления в платиновом тигле в течение 40 мин. Выработку проводят путем закалки расплава. Для получения стеклокерамики исходное стекло подвергают обработке в области температур максимума экзотермического пика. Режимы термообработок выбирают на основе результатов дифференциальной сканирующей калориметрии.
Рентгенофазовый анализ (РФА) термообработанного и исходного стекол осуществляли на рентгеновском дифрактометре D2 Phaser (Bruker, CuKα, Ni фильтр) для образцов в виде порошка дисперсностью ~40 мкм в интервале углов 2θ=10-70°.
Спектры поглощения термообработанных стекол регистрировали на сканирующем двухлучевом спектрофотометре UV-3600 (Shimadzu). Спектры люминесценции в видимой области тех же образцов получали на спектрально-аналитическом комплексе на базе монохроматора/спектрографа MS3504i (SOL Instruments).
Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) люминесцирует при возбуждении УФ-С излучением (λ<280 нм) в широком диапазоне длин волн. Полоса люминесценции содержит три гауссовы компоненты с максимумами в УФ, синей и зеленой области спектра (Фиг. 1. Спектры люминесценции термообработанных стекол составов №№1-4), соотношение амплитуд которых указано в Таблице 2. Полученное соотношение указанных компонент приводит к сближению цветовых координат наблюдаемого излучения и стандартного источника света серии «D» в цветовом пространстве CIE (Фиг. 2. Координаты цветности излучения термообработанных стекол составов №№1-4 и стандартного источника белого света D65 в цветовом пространстве CIE-1931).
Пример 2
Готовят шихту и синтезируют стекло №2 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Отличие состоит в отсутствии добавки TiO2. Свойства стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) также люминесцирует в видимой области (Фиг. 1). Однако цветовые координаты наблюдаемого свечения сильно отличаются от таковых для стандартного источника света серии «D» (Фиг. 2).
Пример 3
Готовят шихту и синтезируют стекло №3 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Свойства стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) также люминесцирует в видимой области (Фиг. 1), однако размер и содержание выделившихся нанокристаллов, согласно РФА, меньше, чем в стекле состава №1, что приводит к снижению интегральной интенсивности свечения.
Пример 4
Готовят шихту и синтезируют стекло №4 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Свойства стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данное стекло после обработки при температуре максимума экзотермического пика (675°С) также люминесцирует в видимой области (Фиг. 1), однако координаты цветности смещены в сторону зеленого цвета (Фиг. 2), что затрудняет использование этой стеклокерамики в качестве источника квазибелого света.
Пример 5
Готовят шихту и синтезируют стекла составов №№5-8 (Таблица 1) аналогично методике, приведенной в примере 1. Свойства полученной стеклокерамики приведены в Таблице 2. Данные стекла после термообработки по режимам, указанным в Таблице 2, также люминесцируют в видимой области, однако содержание нанокристаллов, согласно РФА, для состава №5 меньше, чем у стекла состава №1 (Фиг. 3), что снижает интегральную интенсивность полосы люминесценции. Стекла составов №№6-8 характеризуются повышенной склонностью к кристаллизации, что приводит к значительному снижению светопропускания (Таблица 2).
Литература
1. Т. Wang, S.S. Farvid, M. Abulikemu, P.V. Radovanovic. Size-tunable phosphorescence in colloidal metastable γ-Ga2O3 nanocrystals. J.Am. Chem. Soc. 132 (2010) 9250-9252.
2. T. Wang, V. Chirmanov, W. H. M. Chiu, P.V. Radovanovic. Generating tunable white light by resonance energy transfer in transparent dye-conjugated metal oxide nanocrystals. J.Am. Chem. Soc. 135 (2013) 14520-14523.
3. V. Chirmanov, P.C. Stanish, A. Layek, Pavle V. Radovanovic. Distance-dependent energy transfer between Ga2O3 Nanocrystal defect states and conjugated organic fluorophores in hybrid white-light-emitting nanophosphors. J.Phys. Chem. С 119 (2015) 5687-5696.
4. Голубев H.B., Игнатьева E.C., Сигаев В.Н., Лоренци Р., Палеари А. Патент РФ 2604614.
Claims (2)
- Люминесцирующая стеклокерамика, включающая Li2O, Na2O, Ga2O3, SiO2, GeO2 и TiO2 при следующем соотношении компонентов (мас.%):
-
Li2O 0,03-2,94 Na2O 0,06-5,77 Ga2O3 26,5-53,5 SiO2 9,9-17,3 GeO2 31,2-54,1 TiO2 0,04-3,9 сверх 100%
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144226A RU2674667C1 (ru) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Люминесцирующая стеклокерамика |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144226A RU2674667C1 (ru) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Люминесцирующая стеклокерамика |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674667C1 true RU2674667C1 (ru) | 2018-12-12 |
Family
ID=64753033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144226A RU2674667C1 (ru) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Люминесцирующая стеклокерамика |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674667C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2289768A1 (en) * | 1997-06-23 | 1998-12-30 | Polly Wanda Chu | Composition for optical waveguide article and method for making continuous clad filament |
| US6271160B1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-08-07 | Sumita Optical Glass, Inc. | Oxide phosphorescent glass capable of exhibiting a long lasting afterglow and photostimulated luminescence |
| US20060231737A1 (en) * | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Asahi Glass Company, Limited | Light emitting diode element |
| RU2494981C1 (ru) * | 2012-03-22 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Стеклокристаллический материал |
| RU2604614C1 (ru) * | 2015-11-03 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Люминесцирующий стеклокристаллический материал |
-
2017
- 2017-12-18 RU RU2017144226A patent/RU2674667C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2289768A1 (en) * | 1997-06-23 | 1998-12-30 | Polly Wanda Chu | Composition for optical waveguide article and method for making continuous clad filament |
| US6271160B1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-08-07 | Sumita Optical Glass, Inc. | Oxide phosphorescent glass capable of exhibiting a long lasting afterglow and photostimulated luminescence |
| US20060231737A1 (en) * | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Asahi Glass Company, Limited | Light emitting diode element |
| RU2494981C1 (ru) * | 2012-03-22 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Стеклокристаллический материал |
| RU2604614C1 (ru) * | 2015-11-03 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Люминесцирующий стеклокристаллический материал |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tran et al. | Single-phase far-red-emitting ZnAl2O4: Cr3+ phosphor for application in plant growth LEDs | |
| Hu et al. | A highly-distorted octahedron with a C 2v group symmetry inducing an ultra-intense zero phonon line in Mn 4+-activated oxyfluoride Na 2 WO 2 F 4 | |
| Zhang et al. | A zero-thermal-quenching and color-tunable phosphor LuVO4: Bi3+, Eu3+ for NUV LEDs | |
| Khan et al. | Luminescence enhancement and energy transfers of Ce 3+ and Sm 3+ in CaSrSiO 4 phosphor | |
| Kang et al. | Broadly tuning Bi 3+ emission via crystal field modulation in solid solution compounds (Y, Lu, Sc) VO 4: Bi for ultraviolet converted white LEDs | |
| Tang et al. | Realization of color tuning via solid-solution and energy transfer in Ca 3− x Sr x (PO 4) 2: Eu 2+, Mn 2+ phosphors | |
| Han et al. | New full-color-emitting phosphor, Eu 2+-doped Na 2− x Al 2− x Si x O 4 (0≤ x≤ 1), obtained using phase transitions for solid-state white lighting | |
| Gao et al. | Moisture-resistant and highly efficient narrow-band red-emitting fluoride phosphor K 2 NaGaF 6: Mn 4+ for warm white LED application | |
| Kang et al. | Processing-dependence and the nature of the blue-shift of Bi 3+-related photoemission in ScVO 4 at elevated temperatures | |
| Gao et al. | Finely-tuned NIR-to-visible up-conversion in La 2 O 3: Yb 3+, Er 3+ microcrystals with high quantum yield | |
| Lei et al. | Preparation and broadband white emission of Ce3+-doped transparent glass-ceramics containing ZnO nanocrystals for WLEDs applications | |
| Nishiura et al. | Preparation of transparent Ce3+: GdYAG ceramics phosphors for white LED | |
| Liang et al. | Towards control facilities for mimicking plant growth optimum action spectrum: efficient near-ultraviolet to far-red light-conversion in Cr3+-doped rare-earth aluminate phosphors | |
| Rai et al. | Probing a new approach for warm white light generation in lanthanide doped nanophosphors | |
| Yang et al. | Excitation wavelength-sensitive multi-colour fluorescence in Eu/Tb ions doped yttrium aluminium garnet glass ceramics | |
| Farias et al. | Emission tunability and local environment in europium-doped OH−-free calcium aluminosilicate glasses for artificial lighting applications | |
| Wang et al. | Spectroscopic investigation of the novel orange-red phosphor Ca3La2W2O12: Sm3+ with the high color purity for w-LED applications | |
| Carreira et al. | YAG: Dy–Based single white light emitting phosphor produced by solution combustion synthesis | |
| Krishnan et al. | Influence of Eu 3+ ions in Na 0.5 La 0.5 MoO 4: structural and optical investigation | |
| Li et al. | Insight into emission-tuning and luminescence thermal quenching investigations in NaLa 1− x Gd x Ca 4 W 2 O 12: Mn 4+ phosphors via the ionic couple substitution of Na++ Ln 3+(Ln= La, Gd) for 2Ca 2+ in Ca 6 W 2 O 12: Mn 4+ for plant-cultivation LED applications | |
| Lei et al. | ZrO2-doped transparent glass-ceramics embedding ZnO nano-crystalline with enhanced defect emission for potential yellow-light emitter applications | |
| Liu et al. | Tunable broadband upconversion luminescence from Yb3+/Mn2+ co-doped dual-phase glass ceramics | |
| Gong et al. | Insights into structure, local site symmetry, and energy transfer for regulating luminescent properties of SrLaLiTeO6: Dy/Eu and its application in wLEDs | |
| Mahajan et al. | Synthesis and effect of Dy 3+ doping on vibrational and luminescent properties of Mg 2 Zn (PO 4) 2 | |
| Qiang et al. | ZnAl2O4: Cr3+ translucent ceramic phosphor with thermally stable far-red luminescence |