RU2710191C1 - Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения - Google Patents

Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2710191C1
RU2710191C1 RU2019111018A RU2019111018A RU2710191C1 RU 2710191 C1 RU2710191 C1 RU 2710191C1 RU 2019111018 A RU2019111018 A RU 2019111018A RU 2019111018 A RU2019111018 A RU 2019111018A RU 2710191 C1 RU2710191 C1 RU 2710191C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rare
kcand
earth
photoluminescent material
orthoborate
Prior art date
Application number
RU2019111018A
Other languages
English (en)
Inventor
Артем Борисович Кузнецов
Константин Александрович Кох
Надежда Георгиевна Кононова
Вячеслав Сергеевич Шевченко
Екатерина Александровна Симонова
Александр Егорович Кох
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
Priority to RU2019111018A priority Critical patent/RU2710191C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2710191C1 publication Critical patent/RU2710191C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/55—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing beryllium, magnesium, alkali metals or alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/778—Borates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при изготовлении экологически чистых источников света. Сначала готовят исходную смесь следующих компонентов, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5; карбонат кальция CaCO3 - 25; борную кислоту Н3ВО3 - 50 и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5. Полученную смесь отжигают при 650°C в течение суток. Затем отожженный порошок перетирают, таблетируют, повторно нагревают до 850°C и выдерживают при этой температуре 8-12 ч. Полученный фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората имеет состав KCaNd(BO3)2, пространственную группу Pbca орторомбической сингонии, параметры решетки
Figure 00000006
, Z=8 и излучает свет в диапазоне 850-1080 нм. Изобретение позволяет расширить арсенал материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к новому соединению класса люминофоров с общей формулой АВС(ВО3)2, где А, В, С - катионы щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, в частности, к неодимовому ортоборату калия-кальция состава KCaNd(BC3)2, обладающего фотолюминесцентными свойствами.
В настоящее время большое количество работ направлено на разработку материалов, используемых в качестве экологически чистых источников света и люминофоров нового поколения. Одним из перспективных классов таких материалов являются бораты, которые имеют очень высокую химическую стабильность, термическую и радиационную стойкость, широкую область прозрачности, высокий порог лазерного разрушения. Кроме того, бораты обладают широким разнообразием химического состава и кристаллической структуры, что коррелирует со способностью атома бора образовывать различные анионные (ВО3, ВО4) и полианионные группы (В2О6, В5О10 и др.). Согласно теории анионных групп [Chen С., Sasaki Т., Li R., Wu Z., Lin Z., Mori Y., Hu Z., Wang J., Uda S., Yoshimura M., Kaneda Y. Nonlinear Optical Borate Crystals, Principles and Applications.// Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012, P. 387] соединения с изолированными [ВО3]-треугольниками и [ВО4]-тетраэдрами перспективны для использования в широком спектральном диапазоне от глубокого УФ до ближнего ИК. Можно отметить, что в последние годы проводятся многочисленные исследования по синтезу и изучению физико-химических свойств новых трехкатионных ортоборатов, включающих в свой состав редкоземельные, щелочноземельные и щелочные металлы одновременно.
При замещении катиона Ва на Sr в ортоборатах KBaR(BO3)2 нами синтезированы новые люминофоры семейства KSrR(BO3)2 [А.Е. Kokh, N.G. Kononova, V.S. Shevchenko, Yu.V. Seryotkin, b, A.K. Bolatov, Kh.A. Abdullin, B.M. Uralbekov, M. Burkitbayev. Syntheses, crystal structure and luminescence properties of the novel isostractural KSrR(BO3)2 with R=Y, Yb, Tb// Journal of Alloys and Compounds 711, 2017, P. 440-445; а также фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората формульного состава KSrTb(ВО3)2, излучающий свет в диапазоне от 355 нм до 620 нм [Евразийский патент №025559, МПК: C09K 11/88, C09K 11/63, C09K 11/55, опубл. 2017.01.30].
Нами установлено, что благодаря возможности замещения в катионной позиции KSrTb(BO3)2 Sr на Са и Tb на Nd можно получать новые люминофоры, превосходящие по своим функциональным свойствам используемые в настоящее время. Такие материалы - потенциальные носители новых физико-химических свойств. Тип структуры, а, следовательно, и свойства, будут зависеть от размеров катионов, входящих в этот кристалл. Замещение Sr на Са приводит к переходу структуры из моноклинной в орторомбическую, а замещение Tb на Nd приводит к получению фотолюминесцентного материала с излучением в ИК области спектра.
Таким образом, задача расширения арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами является актуальной.
Поставленная задача решена путем использования редкоземельного ортобората формульного состава KCaNd(BO3)2 в качестве фотолюминесцентного материала, излучающего свет в диапазоне от 850 нм до 1080 нм и имеющего пространственную группу Pbca орторомбической сингоний, параметры решетки
Figure 00000001
,
Figure 00000002
, Z=8.
Поставленная задача решена также в способе получения фотолюминесцентного материала редкоземельного ортобората формульного состава KCaNd(BO3)2 твердофазным синтезом, включающим приготовление исходной смеси компонентов, взятых в соотношении с формульным составом KCaNd(BO3)2, содержащих, соответственно, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5%; карбонат кальция CaCO3 - 25%; борную кислоту Н3ВО3 - 50% и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5%, отжиг исходной смеси при температуре 650°C в течение суток, перетирание, таблетирование отожженного порошка и повторный нагрев до 850°C с выдержкой в течение 8-12 ч.
На фиг. 1 представлена структура KCaNd(BO3)2, показывающая координацию атомов Nd (слой А) и Са, K (слой Б); на фиг. 2 - спектр люминесценции KCaNd(BO3)2; на фиг. 3 - рентгенограммы KCaNd(BO3)2: а - для порошка (х - примесь CaNdBO4); 6 - для таблетки; в - расчетная.
Соединение KCaNd(BO3)2 кристаллизуется в орторомбической сингоний с пространственной группой Pbca и параметрами элементарной ячейки
Figure 00000003
,
Figure 00000004
, Z=8. Типичная двухслойная структура этого соединения показана на фиг. 1. Все атомы бора данного соединения имеют одну координацию изолированных BO3-треугольников, которые ориентированы перпендикулярно оси с для слоя А и вдоль для слоя В. Слой А сформирован NdO9-полиэдрами соединенными BO3-треугольниками, слой В СаО6- и КO8-полиэдрами также соединенными BO3-треугольниками.
Спектр фотолюминесценции KCaNd(ВО3)2 при комнатной температуре, возбуждаемый УФ-излучением с длиной волны 355 нм, приведенный на фиг. 2, состоит из двух полос в спектральных диапазонах 850-950 нм и 1040-1080 нм, соответствующих электронным переходам с метастабильного уровня неодима 4F3/2 на уровни терма 4IJ. Наиболее интенсивные пики в спектре люминесценции на переходах 4F3/2→4I9/2 и 4F3/2→4I11/2 приходятся на 880 и 1060 нм, соответственно.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующим примером.
Пример. Твердофазный синтез проводился из смеси компонентов, взятых в соотношении с формульным составом KCaNd(ВО3)2, содержащих, соответственно, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5%; карбонат кальция СаСО3 - 25%; борную кислоту Н3ВО3 - 50% и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5%. Исходную шихту перетирали для получения однородной смеси и загружали в платиновый тигель. Тигель помещали в нагревательную установку при температуре 650°С и выдерживали в течение суток для удаления Н2О и СО2. После отжига продукт синтеза тщательно перетирали и прессовали в таблетку. Прессование таблетки производилось на гидравлическим прессе с давлением 50 кг/см2. Таблетку (диаметр 10 мм, высота 1,5 мм) помещали в тигель и ступенчато повышали температуру на 50°С. Время выдержки составляло 8-12 ч. Синтезированные при разных температурах образцы исследовали с помощью рентгенофазового анализа (РФА). Соединение KCaNd(ВО3)2 получено при температуре 850°С (фиг. 3б). Критерием завершенности твердофазной реакции являлось отсутствие примесных фаз на рентгенограмме образца. Рентгенограмма KCaNd(ВО3)2 хорошо согласуется с расчетной (фиг. 3в).
При синтезе KCaNd(ВО3)2 традиционным твердофазным синтезом из исходной смеси компонентов на рентгенограммах порошков, отожженных при 850°С наблюдаются примеси промежуточных продуктов реакции, а при 900°С примесь продукта разложения - CaNdBO4 (фиг. 3а).
При таблетировании порошка увеличивается контактная поверхность и ускоряется взаимодействие между реагирующими компонентами. Это позволяет снизить температуру твердофазного синтеза до 850°С и получить соединения KCaNd(ВО3)2.
Таким образом, открытием нового люминофора KCaNd(ВО3)2 решается задача расширения арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами, и найден способ его получения твердофазным синтезом из таблетированных образцов при 850°С.

Claims (2)

1. Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората состава KCaNd(BO3)2, излучающий свет в диапазоне от 850 нм до 1080 нм, имеющий пространственную группу Pbca орторомбической сингонии и параметры решетки
Figure 00000005
, Z=8.
2. Способ получения фотолюминесцентного материала редкоземельного ортобората состава KCaNd(BO3)2 твердофазным синтезом, включающим приготовление исходной смеси компонентов, содержащих, соответственно, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5%; карбонат кальция CaCO3 - 25%; борную кислоту Н3ВО3 - 50% и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5%, отжиг исходной смеси при температуре 650°C в течение суток, перетирание, таблетирование отожженного порошка и повторный нагрев до 850°C с выдержкой в течение 8-12 ч.
RU2019111018A 2019-04-11 2019-04-11 Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения RU2710191C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111018A RU2710191C1 (ru) 2019-04-11 2019-04-11 Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111018A RU2710191C1 (ru) 2019-04-11 2019-04-11 Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710191C1 true RU2710191C1 (ru) 2019-12-24

Family

ID=69022966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111018A RU2710191C1 (ru) 2019-04-11 2019-04-11 Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710191C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759536C1 (ru) * 2020-09-11 2021-11-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Нелинейно-оптический и фотолюминесцентный материал редкоземельного скандобората самария и способ его получения
RU2786154C1 (ru) * 2021-10-27 2022-12-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2 и способ его получения

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2236432C2 (ru) * 2001-11-28 2004-09-20 Сощин Наум Петрович Красноизлучающий фотолюминофор для экранов плазменных панелей и способ его получения
EA025559B1 (ru) * 2015-11-02 2017-01-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГМ СО РАН) Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения
EP2962530B1 (en) * 2013-02-28 2017-05-03 Vilnius University Solid-state sources of light for preferential colour rendition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2236432C2 (ru) * 2001-11-28 2004-09-20 Сощин Наум Петрович Красноизлучающий фотолюминофор для экранов плазменных панелей и способ его получения
EP2962530B1 (en) * 2013-02-28 2017-05-03 Vilnius University Solid-state sources of light for preferential colour rendition
EA025559B1 (ru) * 2015-11-02 2017-01-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГМ СО РАН) Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759536C1 (ru) * 2020-09-11 2021-11-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Нелинейно-оптический и фотолюминесцентный материал редкоземельного скандобората самария и способ его получения
RU2786154C1 (ru) * 2021-10-27 2022-12-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2 и способ его получения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Understanding the photoluminescence behaviour in nano CaZrO3: Eu3+ pigments by Judd-Ofelt intensity parameters
Guzik et al. Eu 3+ luminescence from different sites in a scheelite-type cadmium molybdate red phosphor with vacancies
Sun et al. Double perovskite Ca2LuTaO6: Eu3+ red-emitting phosphors: synthesis, structure and photoluminescence characteristics
Mazzo et al. CaTiO3: Eu3+ obtained by microwave assisted hydrothermal method: A photoluminescent approach
Tian et al. Enhanced photoluminescence and ultrahigh temperature sensitivity from NaF flux assisted CaTiO3: Pr3+ red emitting phosphor
Rasu et al. Spectroscopic properties of Eu3+: KLa (WO4) 2 novel red phosphors
Zhu et al. A novel temperature sensitive Sm3+ doped niobate orange-red phosphor: the synthesis and characteristic luminescent property investigation
Singh et al. Europium doped silicate phosphors: synthetic and characterization techniques
Sun et al. Photoluminescence properties of europium and titanium co-doped BaZrO3 phosphors powders synthesized by the solid-state reaction method
Kaur et al. Structural, thermal and light emission properties of Eu, Sm, Dy, Er and Mn doped CaAl2O4 and SrAl2O4
Zhou et al. Great emission enhancement of high-efficient broadband K3YSi2O7: Eu red phosphor via enhancing crystallinity
Han et al. High color purity orange-emitting KBaBP2O8: Eu3+ phosphor: Synthesis, characterization and photoluminescence properties
Tian et al. High temperature sensitivity phosphor based on an old material: Red emitting H3BO3 flux assisted CaTiO3: Pr3+
Palaspagar et al. Fluorescence properties of Tb3+ and Sm3+ activated novel LiAl7B4O17 host via solution combustion synthesis
Siwach et al. Structural and optical behavior of nano-scaled luminous green-emitting Ca9Y (PO4) 7: Tb3+ phosphor for competent lighting devices
Liu et al. Abnormal thermal quenching and blue-shift of Zn3 (BO3)(PO4): inducing host defect by doping Mn2+ and Tb3+
Singh et al. Luminescence properties of Sm3+ doped LaP3O9 phosphors
Morad et al. Crystallization‐induced valence state change of Mn2+→ Mn4+ in LiNaGe4O9 glass‐ceramics
Zalga et al. On the sol–gel preparation of different tungstates and molybdates
Xi et al. Electric and optical properties of Er3+-and Er3+/Yb3+-modified PSN-PMN-PT crystals
Srinatha et al. New fuel governed combustion synthesis and improved luminescence in nanocrystalline Cr3+ doped ZnAl2O4 particles
Reddy et al. Violet-blue-shift of emission and enhanced luminescent properties of Ca3 (PO4) 2: Ce3+ phosphor induced by substitution of Gd3+ ions
Mishra et al. Emission and EPR studies on green and red color emitting gallate phosphor containing manganese/chromium ions
RU2710191C1 (ru) Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения
Tang et al. Luminescence characteristics and vibronic coupling behavior of a highly efficient Eu2+-activated RbLi7Si2O8 green phosphor for wide color gamut WLEDs