RU2727633C1 - Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения - Google Patents

Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2727633C1
RU2727633C1 RU2020107384A RU2020107384A RU2727633C1 RU 2727633 C1 RU2727633 C1 RU 2727633C1 RU 2020107384 A RU2020107384 A RU 2020107384A RU 2020107384 A RU2020107384 A RU 2020107384A RU 2727633 C1 RU2727633 C1 RU 2727633C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
followed
heating
hours
cooling
Prior art date
Application number
RU2020107384A
Other languages
English (en)
Inventor
Татьяна Илларионовна Красненко
Мария Викторовна Ротермель
Рина Фаязовна Самигуллина
Наталья Анатольевна Зайцева
Ирина Владимировна Иванова
Инна Викторовна Бакланова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
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 химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2020107384A priority Critical patent/RU2727633C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2727633C1 publication Critical patent/RU2727633C1/ru

Links

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
    • C09K11/0838—Aluminates; Silicates
    • 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
    • C09K11/54—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing zinc or cadmium
    • 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
    • C09K11/57—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing manganese or rhenium
    • 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
    • C09K11/59—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing silicon

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к люминофорам зеленого цвета свечения (длина волны излучения 525 нм), преобразующих падающее коротковолновое излучение в видимое и используемых в дисплеях и мониторах для визуализации ультрафиолетового, рентгеновского и электронного излучения. В настоящее время люминофор зеленого цвета свечения используют при создании телевизоров, люминесцентных ламп, осциллографов, дисплеев и плазменных панелей. Предлагаются химическое соединение силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, состава ZnMnMgSiO, где 0,08 ≤ х≤0,2 и способ его получения, включающий получение исходной смеси оксидов соответствующих металлов и кремния, взятых в стехиометрическом соотношении, с последующим обжигом в три стадии: I стадия – нагревание до температуры 1000-1010С со скоростью 50С/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; II стадия - нагревание до температуры 1200-1210С со скоростью 50С/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; III стадия - нагревание до температуры 1400-1410С со скоростью 50С/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры, при этом перед каждой стадией и после третьей стадии продукт тщательно перетирают. Полученное соединение состава ZnMnMgSiOобладает наряду с высокой интенсивностью свечения в зеленой области спектра чистотой свечения за счет отсутствия дополнительных “паразитных” пиков свечения. 2 н.п. ф-лы, 2 пр.

Description

Изобретение относится к люминофорам зеленого цвета свечения (длина волны излучения 525 нм), преобразующих падающее коротковолновое излучение в видимое и используемых в дисплеях и мониторах для визуализации ультрафиолетового, рентгеновского и электронного излучения. В настоящее время люминофор зеленого цвета свечения используют при создании телевизоров, люминесцентных ламп, осциллографов, дисплеев и плазменных панелей.
Известен люминофор зеленого цвета свечения состава Zn(2-x)SiO4:xMn2+, где 0.12≤ х≤0.40, (патент KR 20130055361; МПК C09K 11/54, C09K 11/57, C09K 11/59; 2013 год).
Однако к недостаткам известного люминофора относится возможное снижение интенсивности свечения при эксплуатации в атмосфере воздуха за счет окисления Mn2+ до Mn3+, который оптически неактивен. Кроме того, процесс получения предполагает использование восстановительной атмосферы, что обусловливает его усложнение.
Известен люминофор зеленого цвета свечения состава Zn(2-2x)SiO4:Mnx, Snx где 0. 001≤ х≤0.2, (патент KR 20120073950; МПК C09K 11/58, H01L 33/00; 2012 г.).
Однако к недостаткам известного люминофора относится возможное отклонение состава от стехиометрии за счет образование низкоплавких тройных эвтектик при смешении оксидов при низких температурах.
Известен люминофор зеленого цвета свечения состава ZnxSiO4:Mny, Bz где 1.7≤ х≤2.0, 0.02 ≤y≤0.15, 0.02≤z≤0.15 (патент KR 20080021327; МПК C09K 11/54, C09K 11/54; 2008 г.).
Однако к недостаткам известного люминофора также относится возможное отклонение состава от стехиометрии за счет образование низкоплавких тройных эвтектик при смешении оксидов при низких температурах.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является люминофор зеленого цвета свечения состава Zn2-xSi1-yO4:MnxMgy, где 0.001 ≤ х≤0.2; 0≤у≤0.008. Способ получения известного люминофора включает получение раствора смеси соединения цинка, соединения кремния в виде тетраэтилортосиликата, соединения марганца и магния и карбоновую кислоту, нагревание раствора с распылением при температуре 200-1500оС с целью получения порошка и последующее нагревание порошка при температуре 1000-1500оС в течение 1-10 ч (патент KR 100496046; МПК C09K 11/80; 2005 г.).
Основным недостатком известного люминофора является ухудшение чистоты свечения за счет появления дополнительного пика эмиссии при 575 нм (желтое свечение). Кроме того, использование органических соединений в процессе получения ухудшает экологическую обстановку.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав люминофора зеленого цвета свечения, обеспечивающий наряду с повышенной интенсивностью свечения, также и чистоту свечения за счет отсутствия примесных “паразитных” пиков.
Поставленная задача решена путем использования нового химического соединения силиката цинка, содопированного марганцем и магнием, состава Zn1.93-x MnxMg0.07SiO4, где 0.08 ≤ х≤0.2.
Поставленная задача также решена в способе получения силиката цинка, содопированного марганцем и магнием, состава Zn1.93-x MnxMg0.07SiO4, где 0.08 ≤ х≤0.2, включающем получение исходной смеси оксидов соответствующих металлов и кремния, взятых в стехиометрическом соотношении, с последующим обжигом в три стадии: I стадия – нагревание до температуры 1000-1010оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; II стадия - нагревание до температуры 1200-1210оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; III стадия - нагревание до температуры 1400-1410оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры, при этом перед каждой стадии и после третьей стадии продукт тщательно перетирают.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известно химическое соединение состава Zn1.93-x MnxMg0.07SiO4, где 0.08 ≤ х≤0.2, которое характеризуется высокой интенсивностью свечения в зеленой области спектра, а также способ его получения.
Увеличение интегральной светимости предлагаемого авторами нового химического соединения, по-видимому, зависит от следующих причин. Известно, что структура матрицы Zn2SiO4, в которую вводят ионы-допанты, образована двумя подсистемами тетраэдров [ZnO4], которые отличаются размерами. Подсистемы полиэдров связаны между собой через ионы кислорода и каждая образует замкнутые кольца. При монодопировании ионами марганца оптически активные ионы Mn2+ располагаются в обеих подсистемах, при этом между расположенными на некотором критическом расстоянии в разных структурных кольцах этих подсистем ионами марганца происходит взаимодействие по схеме Mn2+ - Mn2+, что выводит эти ионы из оптически активного состояния. При содопировании магнием и марганцем ионы магния заполняют цинк-кислородные тетраэдры с меньшими размерами в одном из структурных колец, а ионы марганца распределяются предпочтительно в подсистеме с большими размерами, в которых расстояния между активными ионами значительно больше критического. Следовательно, взаимодействия Mn2+ - Mn2+ не происходит, а значит и число активных ионов марганца увеличивается. Тем не менее, исследования, проведенные авторами, показали, что при уменьшении содержания марганца (х˂0.08) наблюдается уменьшение интенсивности свечения. При увеличении содержания марганца (х˃0.20) также интенсивность свечения уменьшается.
Предлагаемый люминофор зеленого цвета свечения на основе нового химического соединения состава Zn1.93-x MnxMg0.07SiO4, где 0.08 ≤ х≤0.2 может быть получен следующим способом. Для получения исходной смеси берут оксиды соответствующих металлов и кремния, взятые в стехиометрическом соотношении. Затем осуществляют обжиг в три стадии: I стадия – нагревание до температуры 1000-1010оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; II стадия - нагревание до температуры 1200-1210оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; III стадия - нагревание до температуры 1400-1410оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры. Перед каждой стадией и после третьей стадии продукт тщательно перетирают. Проводят контроль фазового состава полученного продукта методом РФА. Люминесценцию возбуждают ксеноновой лампой с использованием светофильтра. Спектр люминесценции получают на спектрофлюориметре и регистрируют с помощью ФЭУ. Спектр люминесценции имеет одиночный максимум с длиной волны 525 нм, что соответствует зеленому цвету свечения.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.
Пример 1. Для получения исходной смеси берут 2,7481 г оксида цинка ZnO; 0,1153г оксида марганца Mn2O3; 0,0515г оксида магния MgO; 1,0968 г оксида кремния SiO2, что соответствует стехиометрии. Затем осуществляют обжиг в три стадии: I стадия – нагревание до температуры 1000оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; II стадия - нагревание до температуры 1200оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; III стадия - нагревание до температуры 1400оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры. Перед каждой стадией и после третьей стадии продукт тщательно перетирают. Получают белый порошок состава Zn1.85Mn0.08Mg0.07SiO4. Спектр люминесценции полученного продукта имеет одиночный максимум с длиной волны 525 нм, что соответствует зеленому цвету свечения. Соотношение интегральных интенсивностей IZn1.85Mn0.08Mg0.07SiO4 / IZn1.92 Mn0.08SiO4 = 1,30.
Пример 2. Для получения исходной смеси берут 2,5822 г оксида цинка ZnO; 0,2896 г оксида марганца Mn2O3; 0,0517 г оксида магния MgO; 1,1020 г оксида кремния SiO2, что соответствует стехиометрии. Затем осуществляют обжиг в три стадии: I стадия – нагревание до температуры 1010оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; II стадия - нагревание до температуры 1210оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; III стадия - нагревание до температуры 1410оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры. Перед каждой стадией и после третьей стадии продукт тщательно перетирают. Получают белый порошок состава Zn1.73 Mn0.2Mg0.07SiO4. Спектр люминесценции полученного продукта имеет одиночный максимум с длиной волны 525 нм, что соответствует зеленому цвету свечения. Соотношение интегральных интенсивностей IZn1.73Mn0.2Mg0.07SiO4 / IZn1.92 Mn0.08SiO4 = 1,50.
Таким образом, авторами предлагается новое химическое соединение состава Zn1.93-x MnxMg0.07SiO4, где 0.08 ≤ х≤0.2, которое может быть использовано в качестве люминофора зеленого цвета свечения, обладающего наряду с высокой интенсивностью свечения в зеленой области спектра чистотой свечения за счет отсутствия дополнительных “паразитных” пиков свечения, а также способ получения предлагаемого соединения.

Claims (2)

1. Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, состава Zn1,93-xMnxMg0,07SiO4, где 0,08 ≤ х≤0,2.
2. Способ получения силиката цинка, содопированного марганцем и магнием, состава Zn1,93-xMnxMg0,07SiO4, где 0,08 ≤ х≤0,2, включающий получение исходной смеси оксидов соответствующих металлов и кремния, взятых в стехиометрическом соотношении, с последующим обжигом в три стадии: I стадия – нагревание до температуры 1000-1010оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; II стадия - нагревание до температуры 1200-1210оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры; III стадия - нагревание до температуры 1400-1410оС со скоростью 50оС/ч и выдержка при этой температуре в течение 10 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры, при этом перед каждой стадией и после третьей стадии продукт тщательно перетирают.
RU2020107384A 2020-02-19 2020-02-19 Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения RU2727633C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107384A RU2727633C1 (ru) 2020-02-19 2020-02-19 Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107384A RU2727633C1 (ru) 2020-02-19 2020-02-19 Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727633C1 true RU2727633C1 (ru) 2020-07-22

Family

ID=71741406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020107384A RU2727633C1 (ru) 2020-02-19 2020-02-19 Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727633C1 (ru)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100496046B1 (ko) * 2002-08-27 2005-06-16 한국화학연구원 실리케이트계 형광체 및 그의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100496046B1 (ko) * 2002-08-27 2005-06-16 한국화학연구원 실리케이트계 형광체 및 그의 제조방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALP MANAVBASI, Development of New Inorganic Luminescent Materials by Organic-Metal Complex Route, A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Materials Science & Engineering, 2009, pp190-196. *
KEE-SUN SOHN et al., Effect of Co-doping on the Photoluminescence Behavior of Zn2SiO4:Mn Phosphors, "Journal of The Electrochemical Society", 1999, 146 (6) 2353-2356. *
KEE-SUN SOHN et al., Effect of Co-doping on the Photoluminescence Behavior of Zn2SiO4:Mn Phosphors, "Journal of The Electrochemical Society", 1999, 146 (6) 2353-2356. ALP MANAVBASI, Development of New Inorganic Luminescent Materials by Organic-Metal Complex Route, A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Materials Science & Engineering, 2009, pp190-196. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008202044A (ja) 深赤色蛍光体およびその製造方法
KR20020000835A (ko) 알루민산염 형광체의 제조 방법, 형광체, 및 형광체를함유하는 소자
JP5667215B2 (ja) テルビウムをドープしたリン酸塩緑色発光材料及びその製造方法
CN108949168B (zh) 一种紫外-蓝光激发的铝酸盐基窄带绿色荧光粉及其制备方法
Zhang et al. The deep red Ca2YZr2Al3O12: Mn4+ phosphor and enhanced emission by Bi3+ doping
CN102634339B (zh) 一种Bi2+激活的碱土钛酸盐红色长余辉荧光材料及其制备方法
US20130140491A1 (en) Green to Yellow Light-Emitting Aluminate Phosphors
Zhang et al. Crystal structure, luminescence properties and thermal stability of novel Sr2CaLa (VO4) 3: Sm3+ phosphor synthesized by the combustion method
JP5593394B2 (ja) ホウ酸塩発光材料及びその製造方法
JP5715242B2 (ja) 酸化物スズ酸塩発光物質の製造方法
CN109370580B (zh) 一种铋离子激活的钛铝酸盐荧光粉及其制备方法与应用
Sun et al. Synthesis and photoluminescence properties of a novel reddish orange-emitting Sm3+-doped strontium borosilicate phosphor
JP5965551B2 (ja) ケイ酸塩発光材料及びその製造方法
RU2727633C1 (ru) Силикат цинка, содопированный марганцем и магнием, и способ его получения
CN104962286A (zh) 石榴石结构的复相荧光材料及其制备方法
JP5700306B2 (ja) 緑色発光材料およびその調製方法
RU2379328C2 (ru) Сложный силикат редкоземельных элементов и способ его получения
Jiang et al. Synthesis and properties of green phosphor SrGa2S4: Eu2+ for field emission displays by an environmentally clean technique
KR100669687B1 (ko) 산화물계 격자 형광체
JP2012519738A (ja) ３価ツリウムにより活性化された酸化物発光材料及びその製造方法
JP3264045B2 (ja) 蛍光体の製造方法
KR100589405B1 (ko) 진공자외선을 여기원으로 하는 발광소자용 녹색형광체와그 제조방법 및 이를 포함하는 발광소자
CN1212367C (zh) 稀土氧化物红色荧光粉及其制备方法
CN100519694C (zh) 一种Y3(Al,Ga)5O12稀土荧光粉
KR20100120362A (ko) 진공자외선을 여기원으로 하는 발광 소자용 녹색형광체, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 발광소자